美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）科學(xué)家們，剛剛在《ACS 能源快報》上介紹了可用電化學(xué)脈沖來克服下一代鋰金屬電池弱點的有效途徑。New Atlas 指出，下一代儲能裝置的研發(fā)方向，主要涉及使用高密度鋰金屬和固態(tài)材料，而非液態(tài)的電解質(zhì)。而 ORNL 的新研究，就很好了結(jié)合了這兩方面。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種改善固態(tài)電池關(guān)鍵層接觸的新方法（來自：ORNL）
此前，美國科學(xué)家已經(jīng)展示了如何在電化學(xué)脈沖的幫助下，化解與這些架構(gòu)相關(guān)的穩(wěn)定性問題，從而為提升電動汽車 / 智能機(jī)續(xù)航而鋪平了道路。
該研究的其中一部分，側(cè)重于電池的陽極結(jié)構(gòu)。目前常見的陽極材料，多由石墨和銅的混合物制成。不過鑒于極高的能量密度，許多研究正著力于使用純鋰金屬作為替代陽極。
研究配圖 - 1：電壓脈沖對穩(wěn)定鋰離子的影響示意
迄今為止，想要將鋰金屬整合到電池中的做法，已被證明是相當(dāng)困難的。期間科學(xué)家們遇到了各種安全問題，且一時難以化解。
一種觀點認(rèn)為，使用固體電解質(zhì)來代替液體電解質(zhì)的話，可能更適合搭配鋰金屬陽極一起使用。
研究配圖 - 2：經(jīng)歷多個電壓脈沖前后的鋰電池
ORNL 的科學(xué)家們，顯然也想到了這一研發(fā)路徑，并且提出了能夠以一種穩(wěn)定、持久的方式，將兩者結(jié)合到一起、而不在性能上有所妥協(xié)的新方法。
據(jù)悉，固態(tài)電池的一個弱電，就是持續(xù)的充放電循環(huán)會形成空隙、進(jìn)而導(dǎo)致接頭不穩(wěn) —— 也就是所謂的接觸阻抗（Contact Impedance）。
研究配圖 - 3：接口電流密度 / 溫度示意
為了消除接觸阻抗，其中一種方法是施加壓力。但這種技術(shù)需要在電池服役時段內(nèi)定期使用，且同樣可能導(dǎo)致短路。
好消息是，ORNL 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在結(jié)合了鋰金屬陽極和固體電解質(zhì)后，他們就能夠通過施加較短的高壓電化學(xué)脈沖，來有效地消除這些空隙。
研究配圖 - 4：施加電壓脈沖前后的鋰電池
電壓脈沖可以讓電流包圍并消除空隙，從而在材料接口處形成更廣泛的接觸。更棒的是，這套方案對于電池本身也沒有不利影響。
通過巧妙運用該方法，我們甚至能夠讓電池恢復(fù)至初始容量。當(dāng)然，這還得看未來幾年的固態(tài)鋰金屬電池研究能夠發(fā)展到哪個階段。
研究配圖 - 5：全電池在室溫條件下接受電壓脈沖循環(huán)后的 EIS 光譜
ORNL 研究團(tuán)隊指出，這套系統(tǒng)能夠在更小的封裝中，帶來兩倍于當(dāng)今解決方案的能量密度。這意味著電動汽車可在每次充電后行駛得更遠(yuǎn)，智能機(jī)也可一次續(xù)航數(shù)天。
項目聯(lián)合負(fù)責(zé)人 Ilias Belharouak 表示：“該方法有助實現(xiàn)全固態(tài)電池架構(gòu)，而不會施加可能損壞電池的外力。開發(fā)期間，電池能夠正常制造，然后在其疲勞時施加電壓脈沖來刷新激活”。
研究配圖 - 6：穩(wěn)定固態(tài)電池（SSB）的界面對開發(fā)高能量密度電池至關(guān)重要
最后，ORNL 科學(xué)家們將持續(xù)開發(fā)這項技術(shù)，通過試驗找到更先進(jìn)的電解質(zhì)材料、并研究如何將其規(guī)模擴(kuò)展到可投入實際實際使用。圖片（來源：cnBeta.COM）
