桑迪亚国家实验室发现新方法 可显著提高固态电池性能且不降低其安全性

与电动汽车的锂离子电池相比，智能手表等小型电子设备使用的固态电池可能更安全，功率更大，可以储存太阳能电池板的能量以备后用。然而，固态电池的普及仍然存在一些技术挑战。

据国外媒体报道，桑迪亚国家实验室的研究团队发现，在许多情况下，含有少量液体电解质的固态电池比锂离子电池更安全。如果发生短路，电池会释放所有储存的能量，理论上超安全的全固态电池也可能释放危险的热量。

(来源:桑迪亚国家实验室)

桑迪亚的博士后研究员亚历克斯·贝茨(Alex Bates)说:“固态电池可能会变得更安全，能量密度也更高。对于电动汽车来说，这意味着更高的续航里程，或更少的电网规模储能电池。加入液体电解质也可以在不牺牲安全性的情况下促进商业化。”

用化学方法改进电池

固态电池有点像锂离子电池。这两块电池中的锂离子会从电池的一边移动到另一边，而电子则通过电路为设备供电。但不同的是，在锂离子电池中，液体电解质可以帮助锂离子快速移动。

参与该项目的电池滥用测试实验室的电池安全专家洛兰·托雷斯-卡斯特罗(Loraine Torres-Castro)将液体电解质比作一群驶入车道的汽车:锂离子可以直接运输到需要去的地方。但是目前的液体电解液是易燃的，可能会导致电池爆炸或者起火，尤其是电池损坏的时候。

在固态电池中，液体电解质被固体电解质取代，从而加速锂离子的快速运动。贝茨表示，这项技术的挑战在于，虽然锂离子可以在固体电解质中快速移动，但它们很难从固体电解质移动到电极，反之亦然。固体电解质就像一列火车，可以把锂离子快速运送到车站，但乘客回家还是要走很长一段路。

为了加快这种直接运输过程，科学家们在电池的正极加入了少量的液体电解质，从而提高了电池的充电速度和性能。

然而，该项目的桑迪亚电池可靠性专家尤利娅·普雷格尔(Yuliya Preger)表示:“在固态电池研究领域，对于使用液体电解质进行‘润滑车轮’的安全性存在诸多争议。一些科学家说，无论添加多少液体电解质，都是不安全的。因此，我们进行了计算，以确定液体电解质可能产生的影响。”

(视频来源:桑迪亚国家实验室)

劳伦斯柏克莱国家实验室的电池科学家Steve Harris和桑迪亚的电池科学家凯蒂哈里森也参与了这项研究。

固态电池有多安全？

为了确定少量液体电解质的固态电池的安全性，研究小组首先计算了锂离子电池、全固态电池和不同体积液体电解质的固态电池释放的热量。随后，研究人员还研究了电池的三种可能故障，并测量了每种故障释放的热量。

该项目的桑迪亚热释放计算专家约翰·休森(John Hewson)说:“我们首先确定这三个电池中有多少化学能。因为电池能释放的能量是固定的，如果确实发生了化学反应，这些能量会加热电池。”

根据托雷斯-卡斯特罗的说法，第一种可能的故障是由于周围的电池或设施导致电池着火。在这些情况下，研究人员发现，含有少量液体电解质的固态电池产生的热量约为类似锂离子电池的五分之一，具体取决于液体电解质的量。因此，没有液体电解质的固态电池不会产生任何热量。

可能出现的第二种电池失效是锂金属在反复充放电后形成枝晶。普雷格尔说，树突可以刺穿能区分阴阳的隔膜，从而造成短路。在这种情况下，上述三种电池产生的热量是差不多的，具体数值取决于电池中金属锂的含量。

固态的第三种可能的失败……最大的问题是固体电解质可能会破裂。托雷斯-卡斯特罗说，如果电池在运行过程中被压碎或刺破，或者压力增加，电池一侧的氧气会与另一侧的锂金属发生反应，从而导致电池破裂。在这些情况下，没有液体电解质的固态电池的温度与锂离子电池的温度非常接近，这让研究团队感到震惊。

从安全计算到实验室实验

Preger说:“固态电池的优势在于安全性，因为固体电解质非常坚固，不太可能破裂。但一旦坏了，它的温升可能和锂离子电池失效时一样。这项研究强调了设计隔板以确保固态电池安全性的重要性。”

贝茨表示，该项目的下一步是使用其他固体电解质材料进行类似的研究，并验证新的和原始的计算。贝茨说:“我们发现，如果固态电池含有锂金属，无论是否含有液体电解质，电池都有潜在的危险。通过这项研究，我们发现在性能和安全性之间有一定的权衡，但如果只添加一小部分液体电解质，就可以显著提高电池的性能，对安全性的影响很小。”

托雷斯-卡斯特罗补充道:“清楚准确地知道少量的液体电解质不会造成巨大的安全问题，这将有助于固态电池的商业发展。加入液体电解质可以解决它的一个主要问题，就是固体电解质界面。”与电动汽车的锂离子电池相比，智能手表等小型电子设备使用的固态电池可能更安全，功率更大，可以储存太阳能电池板的能量以备后用。然而，固态电池的普及仍然存在一些技术挑战。

据国外媒体报道，桑迪亚国家实验室的研究团队发现，在许多情况下，含有少量液体电解质的固态电池比锂离子电池更安全。如果发生短路，电池会释放所有储存的能量，理论上超安全的全固态电池也可能释放危险的热量。

(来源:桑迪亚国家实验室)

桑迪亚的博士后研究员亚历克斯·贝茨(Alex Bates)说:“固态电池可能会变得更安全，能量密度也更高。对于电动汽车来说，这意味着更高的续航里程，或更少的电网规模储能电池。加入液体电解质也可以在不牺牲安全性的情况下促进商业化。”

用化学方法改进电池

固态电池有点像锂离子电池。这两块电池中的锂离子会从电池的一边移动到另一边，而电子则通过电路为设备供电。但不同的是，在锂离子电池中，液体电解质可以帮助锂离子快速移动。

参与该项目的电池滥用测试实验室的电池安全专家洛兰·托雷斯-卡斯特罗(Loraine Torres-Castro)将液体电解质比作一群驶入车道的汽车:锂离子可以直接运输到需要去的地方。但是目前的液体电解液是易燃的，可能会导致电池爆炸或者起火，尤其是电池损坏的时候。

在固态电池中，液体电解质被固体电解质取代，从而加速锂离子的快速运动。贝茨表示，这项技术的挑战在于，虽然锂离子可以在固体电解质中快速移动，但它们很难从固体电解质移动到电极，反之亦然。固体电解质就像一列火车，可以把锂离子快速运送到车站，但乘客回家还是要走很长一段路。

为了加快这种直接运输过程，科学家们在电池的正极加入了少量的液体电解质，从而提高了电池的充电速度和性能。

然而，该项目的桑迪亚电池可靠性专家尤利娅·普雷格尔(Yuliya Preger)表示:“在固态电池研究领域，对于使用液体电解质进行‘润滑车轮’的安全性存在诸多争议。一些科学家说，无论添加多少液体电解质，都是不安全的。因此，我们进行了计算，以确定液体电解质可能产生的影响。”

(视频来源:桑迪亚国家实验室)

劳伦斯柏克莱国家实验室的电池科学家Steve Harris和凯蒂……桑迪亚的电池科学家哈里森也参与了这项研究。

固态电池有多安全？

为了确定少量液体电解质的固态电池的安全性，研究小组首先计算了锂离子电池、全固态电池和不同体积液体电解质的固态电池释放的热量。随后，研究人员还研究了电池的三种可能故障，并测量了每种故障释放的热量。

该项目的桑迪亚热释放计算专家约翰·休森(John Hewson)说:“我们首先确定这三个电池中有多少化学能。因为电池能释放的能量是固定的，如果确实发生了化学反应，这些能量会加热电池。”

根据托雷斯-卡斯特罗的说法，第一种可能的故障是由于周围的电池或设施导致电池着火。在这些情况下，研究人员发现，含有少量液体电解质的固态电池产生的热量约为类似锂离子电池的五分之一，具体取决于液体电解质的量。因此，没有液体电解质的固态电池不会产生任何热量。

可能出现的第二种电池失效是锂金属在反复充放电后形成枝晶。普雷格尔说，树突可以刺穿能区分阴阳的隔膜，从而造成短路。在这种情况下，上述三种电池产生的热量是差不多的，具体数值取决于电池中金属锂的含量。

固态电池的第三个可能的故障是固体电解质可能会破裂。托雷斯-卡斯特罗说，如果电池在运行过程中被压碎或刺破，或者压力增加，电池一侧的氧气会与另一侧的锂金属发生反应，从而导致电池破裂。在这些情况下，没有液体电解质的固态电池的温度与锂离子电池的温度非常接近，这让研究团队感到震惊。

从安全计算到实验室实验

Preger说:“固态电池的优势在于安全性，因为固体电解质非常坚固，不太可能破裂。但一旦坏了，它的温升可能和锂离子电池失效时一样。这项研究强调了设计隔板以确保固态电池安全性的重要性。”

贝茨表示，该项目的下一步是使用其他固体电解质材料进行类似的研究，并验证新的和原始的计算。贝茨说:“我们发现，如果固态电池含有锂金属，无论是否含有液体电解质，电池都有潜在的危险。通过这项研究，我们发现在性能和安全性之间有一定的权衡，但如果只添加一小部分液体电解质，就可以显著提高电池的性能，对安全性的影响很小。”

托雷斯-卡斯特罗补充道:“清楚准确地知道少量的液体电解质不会造成巨大的安全问题，这将有助于固态电池的商业发展。加入液体电解质可以解决它的一个主要问题，就是固体电解质界面。”

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