牛津大学科学家揭秘全固态电池故障原因 或加速实现固态电池量产

据外媒报道，全固态电池是一种所有部件都是固态的电池。由于其储存更多能量的能力和更安全操作的潜力，它们已成为取代锂离子电池的下一代电池，并引起了人们的关注。如果固态电池能够大规模生产，它们将给电动汽车行业带来革命性的变化，因为它们可以有效地增加电动汽车的续航里程，并显著降低其体积和重量。然而，固态电池在实际电流下循环后可能会出现故障，这也是阻碍其大规模商业化的障碍之一。

然而，英国牛津大学法拉第研究所的研究人员已经采取措施来了解固态电池故障背后的机制。在给电池充电时，锂离子还原过程中形成的树枝状金属锂被称为树枝状，它将继续通过固态、陶瓷和电解质扩散，导致电池短路。很久以前，研究人员就知道固态电池的阳极会产生孔隙，但人们还不了解这种孔隙在树突形成中的作用。这项研究结合了尖端的电化学和成像技术，以了解电池循环过程中孔隙的形成，以及孔隙在树枝状生长和电池故障中的作用。研究固态电池的科学家面临两个挑战：1。当电池在充电状态和非充电状态之间循环时，有必要防止树枝状生长。2.固体电解质和锂阳极在放电过程中会形成孔隙，导致电池两部分之间的接触面积减小。在使用两个普通电极的电池中，很难区分锂电镀和锂剥离过程。因此，本研究的研究人员使用三极电池研究了锂电镀和锂剥离工艺对锂金属/陶瓷界面电池循环的影响。Li6PS5Cl也被选择作为固体电解质，其具有比氧化物更高的电导率。一些试图将固态电池商业化的公司已经将其用作电解质。与其他高导电性硫化物相比，这种硫化物不那么脆弱。研究人员发现，为了避免固态电池中枝晶的形成，有必要在锂离子剥离过程中将电池循环控制在临界电流密度。即使在锂电镀过程中电流密度低于枝晶形成的阈值，情况仍然如此。当电流密度大于CCS的电流密度时，电池循环过程中会积聚孔隙，固体电解质的接触面积会相应减小，导致局部电流密度增加，直到形成枝晶，导致电池短路和故障。尽管越来越多的小型不可充电商业固态电池，例如用于心脏测试等医疗植入物的固态电池。然而，电动汽车需要大量生产固态电池，以确保在电动汽车的整个使用寿命内安全运行和可接受的性能水平。目前，大规模生产的固态电池仍面临相当大的挑战。目前用于电动汽车的锂离子电池含有易燃的有机液体电解质。在电池的充放电过程中，充电的锂离子会穿过电解液，存在安全隐患。用液体电解质代替固体电解质可以消除火灾风险。世界各地的科学家正在努力开发新的电池化学物质，以达到一定的性能，使电动汽车的驾驶体验与内燃机汽车相当。开发锂金属阳极的先决条件是消除液体电解质，从而显著提高电池性能。

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