该发现可提升固态电池性能

德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员及其同事发现，两种固体电解质之间微小颗粒的混合会产生一种称为“空间电荷层”的效应，即两种材料界面处的电荷积累。

这一发现可能有助于开发采用固体电解质的电池（称为固态电池），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》上，并被选为三月刊的封面文章。

研究人员发现，两种固体电解质之间微小颗粒的混合会产生一种称为“空间电荷层”的效应，即本示意图所示两种固体电解质界面处的电荷积累。

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硕博士解释说，当不同的固体电解质材料发生物理接触时，由于每种材料化学势的差异，带电粒子（即离子）会在其边界处形成积累层。他表示该层有助于形成通道，使离子更容易穿过界面。

"想象在食谱中混合两种配料，意外获得优于单独使用任何一种配料的效果，"苏莱硕说，"这种效应提升了离子迁移能力，超越了任一材料单独所能达到的水平。

"该发现提出了一种通过精心选择材料来设计更优固体电解质的新途径，材料间的相互作用能增强离子迁移，有望开发出性能更优异的固态电池。"

该研究隶属于UTD的"电池与能源推动商业化及国家安全计划"项目。该项目于2023年启动，获美国国防部3000万美元资助，旨在开发和商业化新型电池技术及制造工艺，增强国内关键原材料的供应能力，并为行业培养高素质人才。

BEACONS中心主任、材料科学与工程教授、本研究共同通讯作者赵耿介博士表示："固态电池技术是我们在BEACONS中心研究的下一代电池化学体系的重要组成部分，有望通过先进电池系统提升国防应用无人机的性能。"

当前消费电子产品中使用的大多数锂离子电池含有液态电解质，具有可燃性并存在安全隐患。苏莱硕指出，尽管传统锂离子电池正接近其理论储能极限，但固态电池有望产生和存储两倍于液态电解质电池的能量，且因其不可燃特性更具安全性。

然而固态电池的发展面临挑战，因为离子在固体材料中的迁移更为困难。研究人员通过研究固态电解质化合物氯化锆锂和氯化钇锂的性能，提出了解释材料混合增强离子活性的理论。

"界面形成了独特的离子传输通道，"苏莱硕解释道。

苏莱硕与研究团队计划继续探究界面的组成和结构如何导致更高的离子导电性。

其他参与本研究的UTD研究人员包括：第一作者、BEACONS博士后王博宇博士；以及机械工程系副教授周跃博士。

UTD团队与德州理工大学的两位研究人员合作：共同通讯作者、机械工程助理教授Zeeshan Ahmad博士；以及机械工程博士生Md Salman Rabbi Limon。