固態電池之所以很難被應用,根本原因就在于“界面”難題,界面的存在被業界公認為固態電池商業化道路上最硬的骨頭。
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我們可以把電池內部的離子傳輸想象成在兩地之間通勤,現在的液態電池好比是開著車在液態電解質這條“高速公路”上行駛,暢通無阻。
而現階段的固態電池則像是在兩條硬邦邦的固體電極與電解質“石板路”上跳躍,接觸面還坑洼不平,阻力極大,自然效率低下,這個問題不解決,固態電池自然就是個擺設。
前幾天我就發了一篇介紹固態電池新發現的內容,中國科學家在固態鋰電池領域取得重大突破,這個發現是中科院金屬所提出的“一體化修路”方案。
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中科院金屬直接造出了一種新材料,讓原來的兩條“石板路”在接頭處長在了一起,變成了渾然一體的平坦大道,離子可以輕松通過。
沒想到內容發出后,卻遭到了眾多網友的嘲諷,認為這些技術都在實驗室里面,每年都要拿出來炒作一波。
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我想說的是,中國科學家在固態電池領域的突破,這次真不是炒作,而是實實在在拿出了新東西。
前幾天是中科院金屬所提供的聚合物柔性電池方案。
就是設計新型聚合物分子,在分子尺度實現 “界面”一體化,從而解決“固-固界面”接觸不良,離子傳輸效率低的問題。
現在,中科院物理所也發表了新的研究成果。
一種“全固態金屬鋰電池”,通過在電解質中引入碘離子,形成“富碘界面” 自動填充縫隙。
而且這個固態電池新發現極具分量,已經發表在了世界上最權威的學術期刊《自然》上,并且新華社等官媒已經進行了相關報道,足見這個研究成果有多偉大。
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據報道,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心黃學杰研究員團隊,聯合華中科技大學張恒教授團隊、中國科學院寧波材料技術與工程研究所姚霞銀研究員團隊,發現了新的解決方案。
研究團隊獨辟蹊徑,開發出一種陰離子調控技術。
他們在硫化物電解質中引入了碘離子,這些碘離子在電池工作時會在電場作用下移動至電極界面,形成一層富碘界面。
這層界面能夠主動吸引鋰離子,像“自我修復”一樣自動填充進所有的縫隙和孔洞,從而讓電極和電解質始終保持緊密貼合,使得界面接觸不再依賴外部加壓。
這個新的研究成果,一舉突破了全固態電池走向實用的最大“界面”瓶頸。
這項技術的精妙之處可以用一個形象的比喻來解釋:它就像一套“鐵砂掌”,能夠自動尋找并填充每一個微小的空隙。
在電池循環過程中,電場驅動的碘離子形成動態自適應界面,能夠始終維系界面緊密接觸并兼具離子傳輸能力。
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與此同時,團隊還開發了拓撲強化負極(TFA),體積變化率僅為金屬鋰負極的40%,耐受壓力范圍拓寬至0-50 MPa,這一結構將表面鋰“沉積/剝離”過程變成沿親鋰骨架的鋰擴散輸運行為。
聯合這兩項技術,團隊首次實現了零外壓全固態金屬鋰軟包電池穩定循環,這在全固態電池領域堪稱里程碑式的突破。
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而且經測試,基于該技術制備出的原型電池在標準測試條件下循環充放電數百次后,性能依然穩定優異,遠遠超過現有同類電池的水平。
研究團隊特別強調,采用這項新技術未來可以做出能量密度超過500瓦時/千克的電池。
如此一來,電子設備的續航時間有望提升至少兩倍以上。
這次中國科學院兩家研究所幾乎同時發布的固態電池突破性進展,我認為絕非偶然,它清晰地展示了中國在固態電池這一戰略新興領域 “多點布局、并行研發” 的系統性策略。
這就像是攀登同一座技術高峰,不同的團隊選擇了不同的路徑。
金屬所專注于聚合物電解質路徑,致力于讓電池變得更柔韌、更高能;而物理所聯合團隊則攻堅全固態金屬鋰體系,目標是實現極致安全與高性能。
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毫無疑問,這種多路徑的探索方向,必將極大地提升我們最終攻克全固態電池的可能性,從實驗室到量產,或許固態電池的到來真的不會太遠了!
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