突破有望提升固态电池性能

德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员及其同事发现，在两种固体电解质之间混合微小颗粒可产生一种称为"空间电荷层"的效应，这是在两种材料界面处形成的电荷积累。

这一发现有助于开发采用固体电解质的电池（即固态电池），应用于移动设备和电动汽车等领域。研究人员将研究成果发表在《ACS能源快报》期刊，该论文被选为三月刊的封面文章。

研究发现，当两种固体电解质中的微小颗粒相互混合时，会在界面处形成电荷积累的空间电荷层效应（如图示）。

该研究的共同通讯作者、埃里克·琼森工程与计算机科学学院材料科学与工程助理教授苏莱索博士解释说：当两种固体电解质材料物理接触时，由于各自材料化学势的差异，带电粒子（即离子）会在边界处聚集形成电荷层。该电荷层有助于建立离子更易跨越界面迁移的通道。

"这就像混合两种食材时意外获得超越单一食材的效果，"苏莱索说，"该效应使离子迁移能力超越任一材料单独作用时的极限。"

"该发现为设计更优固体电解质提供了新思路：通过精选能增强离子迁移的相互作用材料，有望开发出性能更优越的固态电池。"

本研究隶属于UTD"电池与能源推进商业化及国家安全计划"(BEACONS)。该计划于2023年启动，获美国国防部3000万美元资助，致力于开发新型电池技术及制造工艺、提升关键原材料本土供应能力，并为产业培养高素质人才。

BEACONS中心主任、材料科学工程教授赵庆载博士（同为论文共同通讯作者）表示："固态电池技术是我们在BEACONS中心开展的新一代电池化学研究组成部分，有望赋能先进电池系统以提升国防应用无人机的性能。"

当前消费电子产品普遍使用的锂离子电池多含易燃液态电解质，存在安全隐患。苏莱索指出，尽管传统锂离子电池正接近理论储能极限，但固态电池有望实现两倍于液态电解质电池的储能能力，且因不易燃特性更具安全性。

然而固态电池发展面临挑战：离子在固体材料中迁移更为困难。研究人员通过研究固态电解质化合物——锂锆氯化物和锂钇氯化物的性能，提出理论解释为何混合材料能增强离子活性。

"界面形成了独特的离子传输通道，"苏莱索解释道。

苏莱索与研究团队计划继续探究界面组成与结构如何提升离子电导率。

其他参与研究的UTD学者包括：论文第一作者、BEACONS博士后王博宇博士；机械工程系副教授周悦博士。

UTD团队与两位德州理工大学研究人员合作：共同通讯作者、机械工程系助理教授Zeeshan Ahmad博士；机械工程博士候选人Md Salman Rabbi Limon。