发现有望提升固态电池性能

德克萨斯大学达拉斯分校的研究团队及其合作者发现，两种固体电解质之间的微粒混合会产生一种名为"空间电荷层"的效应——即在两种材料界面处形成电荷积累。

该发现将推动采用固体电解质的固态电池开发，适用于移动设备和电动汽车等领域。相关研究成果发表于ACS Energy Letters期刊，并被选为三月刊的封面文章。

研究人员发现，两种固体电解质间的微粒混合会形成图示的"空间电荷层"效应，即在电解质界面处产生电荷积累。

研究共同通讯作者、材料科学与工程助理教授苏来硕博士解释：当两种固体电解质材料接触时，由于化学势差异，带电粒子（离子）会在界面形成积累层。该电荷层能创建离子传输通路，显著降低界面离子迁移阻力。

"这就像调配食谱时，意外发现混合食材的效果优于单独使用任何一种材料，"苏来硕比喻道，"该效应使离子迁移率超越了单一材料的理论极限。"

"该发现为固态电解质设计提供了新思路：通过精选能产生增强离子迁移效应的材料组合，有望开发出高性能固态电池。"

本研究隶属于UTD的BEACONS计划（国家安全的电池与能源商业化推进计划）。该计划于2023年启动，获美国国防部3000万美元资助，旨在开发新型电池技术及制造工艺、提升关键原材料国内供应能力、培养高端产业人才。

BEACONS中心主任、材料科学教授赵炅宰博士（研究共同通讯作者）表示："固态电池技术是本中心下一代电池化学研究的重点，将为国防无人机等先进电池系统提供性能支撑。"

当前消费电子产品常用的锂离子电池采用易燃液态电解质，存在安全隐患。苏来硕指出：传统锂离子电池的能量密度已接近理论极限，而固态电池的能量存储能力可达液态电池的两倍以上，且因不易燃特性更具安全性。

固态电池研发面临的核心挑战在于离子在固态材料中迁移困难。研究团队通过分析氯化锂锆和氯化锂钇固态电解质性能，提出理论解释混合物提升离子活性的机制。

"界面形成了独特的离子传输通道，"苏来硕强调。

研究团队将继续探究界面组成结构与离子电导率提升的内在关联。

其他贡献者包括：论文第一作者、BEACONS博士后研究员王博宇博士；机械工程系周越副教授。合作团队含德州理工大学两位研究人员：共同通讯作者机械工程助理教授Zeeshan Ahmad博士；机械工程博士生Md Salman Rabbi Limon。