德国新研究发现：固态电池界面涂覆纳米涂层可让电池稳定

固态电池中的离子需要通过多层材料的界面，会带来一些挑战。据国外媒体报道，慕尼黑工业大学凯泽·威廉物理化学和电化学研究所和尤利希研究中心的科学家团队表示，在这种材料的界面上涂覆纳米涂层可以稳定电池。

电池内部(来源:慕尼黑工业大学)

固态电池被认为是下一代移动储能设备，有望增加电动汽车的续航里程，并且比所有电动汽车上搭载的含有有机液体的传统电池更加安全。电池中的液体电解质有很多缺点:比固体电解质老化快，容易燃烧。在汽车事故中，电池将受到机械应力，这可能导致电池泄漏，从而导致特别危险的事故。下一代电动汽车希望避免这样的安全问题，储存更多的能量。因此，宝马、戴姆勒、福特、大众等大型汽车制造商都在大力投资开发高性能固态电池。

然而，到目前为止，固态电池的商业应用还没有竞争力。虽然有新的可能，但也带来了新的挑战。在电池充放电的过程中，离子(目前是锂离子)必须在电池内部的两极之间来回运动。固态电池中的可动离子不再在液体中运动，而必须经过多个固相。因此，有必要确保这些离子不会撞击材料和晶粒界面之间的高势垒。这是因为离子传导介质-电解质不再由均匀的相组成，而是由许多固体颗粒连接在一起。为了让离子在连续的通道中扩散，在合成过程中松散的晶粒会被高压烧结，在这个过程中，在连接晶粒的界面上会形成一层薄膜，使得离子很好的传输。

在固态电池的研究中，新形成的接触层的作用受到了质疑。人们认为固态电池接口的改变只会产生不好的特性，所以总是尽量减少其影响。然而，来自德国凯撒威廉物理化学和电化学研究所、慕尼黑工业大学和乌尔里希研究中心的科学家刚刚发现，界面上的这种变化不一定是不利的，事实上，它们可能会产生积极的影响。

为了找到答案，研究小组分析了纳米尺寸晶界在电池中的作用。Rüdiger-A. Eichel教授说:“这在过去的固态电池研究中从未涉及过。直到现在，人们的注意力一直集中在中观和宏观研究上，但他们根本无法充分理解这种行为。”Christoph Scheurer博士团队通过计算机模拟和实验研究，成功地在源头层面描述了中间相的特征。研究人员发现，这种中间相实际上有助于电池的电化学稳定性。

原因是形成的中间相有助于抑制锂枝晶的形核。当电子和锂离子在电池中相遇时，会形成这种触须状结构(树突)，然后它们会结合形成延伸的分支，很快就会导致电池失效。一旦金属枝晶将电池的正负极连接起来，就会造成短路，电池就会失效。慕尼黑工业大学的博士生Sina Stegmaier说:“在电池内部的颗粒之间自然形成了一层非常薄的层，可以作为保护涂层来抑制这种现象。”

这样的研究成果将对不久的将来固态电池的研发产生巨大的影响。为这种保护涂层形成中间相可能是抑制枝晶形成和实现更持久和更安全的下一代电池的一种有前途的方法。固态电池中的离子需要通过多层材料的界面，会带来一些挑战。据国外媒体报道，慕尼黑工业大学凯泽·威廉物理化学和电化学研究所和尤利希研究中心的科学家团队表示，在这种材料的界面上涂覆纳米涂层可以稳定电池。

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电池内部(来源:慕尼黑工业大学)

固态电池被认为是下一代移动储能设备，有望增加电动汽车的续航里程，并且比所有电动汽车上搭载的含有有机液体的传统电池更加安全。电池中的液体电解质有很多缺点:比固体电解质老化快，容易燃烧。在汽车事故中，电池将受到机械应力，这可能导致电池泄漏，从而导致特别危险的事故。下一代电动汽车希望避免这样的安全问题，储存更多的能量。因此，宝马、戴姆勒、福特、大众等大型汽车制造商都在大力投资开发高性能固态电池。

然而，到目前为止，固态电池的商业应用还没有竞争力。虽然有新的可能，但也带来了新的挑战。在电池充放电的过程中，离子(目前是锂离子)必须在电池内部的两极之间来回运动。固态电池中的可动离子不再在液体中运动，而必须经过多个固相。因此，有必要确保这些离子不会撞击材料和晶粒界面之间的高势垒。这是因为离子传导介质-电解质不再由均匀的相组成，而是由许多固体颗粒连接在一起。为了让离子在连续的通道中扩散，在合成过程中松散的晶粒会被高压烧结，在这个过程中，在连接晶粒的界面上会形成一层薄膜，使得离子很好的传输。

在固态电池的研究中，新形成的接触层的作用受到了质疑。人们认为固态电池接口的改变只会产生不好的特性，所以总是尽量减少其影响。然而，来自德国凯撒威廉物理化学和电化学研究所、慕尼黑工业大学和乌尔里希研究中心的科学家刚刚发现，界面上的这种变化不一定是不利的，事实上，它们可能会产生积极的影响。

为了找到答案，研究小组分析了纳米尺寸晶界在电池中的作用。Rüdiger-A. Eichel教授说:“这在过去的固态电池研究中从未涉及过。直到现在，人们的注意力一直集中在中观和宏观研究上，但他们根本无法充分理解这种行为。”Christoph Scheurer博士团队通过计算机模拟和实验研究，成功地在源头层面描述了中间相的特征。研究人员发现，这种中间相实际上有助于电池的电化学稳定性。

原因是形成的中间相有助于抑制锂枝晶的形核。当电子和锂离子在电池中相遇时，会形成这种触须状结构(树突)，然后它们会结合形成延伸的分支，很快就会导致电池失效。一旦金属枝晶将电池的正负极连接起来，就会造成短路，电池就会失效。慕尼黑工业大学的博士生Sina Stegmaier说:“在电池内部的颗粒之间自然形成了一层非常薄的层，可以作为保护涂层来抑制这种现象。”

这样的研究成果将对不久的将来固态电池的研发产生巨大的影响。为这种保护涂层形成中间相可能是抑制枝晶形成和实现更持久和更安全的下一代电池的一种有前途的方法。

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