新发现可能提升固态电池性能

德克萨斯大学达拉斯分校的研究团队及其合作者发现，两种固态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，即在两种材料的界面处产生电荷积累。

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

研究人员发现，两种固态电解质之间微小颗粒的混合会产生“空间电荷层”效应（如图所示），即在两种固态电解质界面处发生电荷积累。

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索博士解释说：当两种独立的固态电解质材料物理接触时，由于每种材料化学势能的差异，带电粒子（即离子）会在其边界处积聚形成电荷层。他表示该电荷层有助于形成离子更容易穿越界面的传输通道。

"想象在食谱中混合两种食材，意外获得了优于单独使用任一食材的效果。"苏博士比喻道，"这种效应使离子迁移速率超越了任一材料自身所能达到的水平。"

"该发现提出了一种通过精心选择材料来设计更优固态电解质的新思路——利用材料间的相互作用增强离子迁移，有望催生更高性能的固态电池。"

本研究隶属于德克萨斯大学达拉斯分校"电池与能源加速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，旨在开发新型电池技术与制造工艺、提升国内关键原材料供应能力，并为产业培养高素质从业人员。

BEACONS中心主任、材料科学与工程教授、研究共同通讯作者赵庆杰博士表示："固态电池技术是我们在BEACONS中心开展的下一代电池化学研究的重要组成部分，预计将推动先进电池系统发展，从而提升国防应用无人机的性能。"

当前消费电子产品使用的锂离子电池多含易燃液态电解质，存在安全隐患。虽然传统锂离子电池的能量存储正接近理论极限，但苏博士指出固态电池有望实现两倍于液态电解质电池的功率存储能力，且因其不可燃特性而更安全。

然而固态电池发展面临挑战：离子在固态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锂锆和氯化锂钇的性能，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。"苏博士强调。

苏博士及其团队计划继续研究界面组成与结构如何促成更高的离子电导率。

其他参与研究的达拉斯分校学者包括：论文第一作者、BEACONS博士后研究员王博宇博士；机械工程系副教授周悦博士。

达拉斯分校团队与德州理工大学两位研究人员合作：共同通讯作者、机械工程助理教授Zeeshan Ahmad博士；机械工程博士生Md Salman Rabbi Limon。