中新網(wǎng)北京10月8日電 (記者 孫自法)全固態(tài)金屬鋰電池被譽(yù)為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的“圣杯”，但其面臨固-固界面接觸的棘手難題導(dǎo)致難以實(shí)用化，一直以來(lái)備受關(guān)注。

　　記者10月8日從中國(guó)科學(xué)院物理研究所獲悉，全固態(tài)電池走向?qū)嶋H應(yīng)用的最大瓶頸——固體電解質(zhì)和金屬鋰電極之間如何保持界面緊密接觸，最近已被中國(guó)科學(xué)家研發(fā)的新技術(shù)破解，基于該技術(shù)制備出的原型電池，性能遠(yuǎn)超現(xiàn)有同類(lèi)電池。

　　一舉突破最大瓶頸

　　全固態(tài)金屬鋰電池一直面臨一個(gè)棘手難題：固體電解質(zhì)和金屬鋰電極之間必須保持緊密接觸，傳統(tǒng)做法要靠笨重的外部設(shè)備持續(xù)施壓，導(dǎo)致電池又大又重，難以投入實(shí)際應(yīng)用。

　　在本項(xiàng)研究中，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心黃學(xué)杰研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華中科技大學(xué)張恒教授團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所姚霞銀研究員團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，全固態(tài)金屬鋰電池中，鋰電極和電解質(zhì)之間的接觸并不理想，存在大量微小的孔隙和裂縫，這些問(wèn)題不僅會(huì)縮短電池壽命，還可能帶來(lái)安全隱患。

　　為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種在硫化物電解質(zhì)中引入碘離子的新技術(shù)：電池工作時(shí)，這些碘離子會(huì)在電場(chǎng)作用下移動(dòng)至電極界面，形成一層富碘界面。這層界面能夠主動(dòng)吸引鋰離子，像“自我修復(fù)”一樣自動(dòng)填充進(jìn)所有的縫隙和孔洞，從而讓電極和電解質(zhì)始終保持緊密貼合。

　　研究團(tuán)隊(duì)稱(chēng)，更重要的是，基于該技術(shù)制備出的原型電池，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下循環(huán)充放電數(shù)百次后，性能依然穩(wěn)定優(yōu)異，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有同類(lèi)電池的水平。

　　由中國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出的這一陰離子調(diào)控技術(shù)，能在電極和電解質(zhì)之間形成一層全新的界面，可以吸引鋰離子主動(dòng)流動(dòng)，像“流沙”一樣自動(dòng)填充微小的縫隙或孔洞，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的緊密貼合。由此，界面接觸不再依賴(lài)外部加壓，一舉突破了全固態(tài)電池走向?qū)嵱玫淖畲笃款i。相關(guān)研究成果論文，近日已在國(guó)際專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然·可持續(xù)發(fā)展》發(fā)表。

　　未來(lái)有望大顯身手

　　研究團(tuán)隊(duì)表示，本項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)的新技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯：不僅制造更簡(jiǎn)單、用料更省，還能讓電池更耐用。他們特別強(qiáng)調(diào)，采用這項(xiàng)新技術(shù)未來(lái)可以做出能量密度超過(guò)500瓦時(shí)/千克的電池，如此一來(lái)，電子設(shè)備的續(xù)航時(shí)間有望提升至少兩倍以上。

　　同時(shí)，這項(xiàng)突破將加速高能量密度全固態(tài)金屬鋰電池的發(fā)展，未來(lái)有望在人形機(jī)器人、電動(dòng)航空、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域大顯身手，帶來(lái)更安全、更高效的能源解決方案。

　　在美國(guó)馬里蘭大學(xué)固態(tài)電池專(zhuān)家王春生教授看來(lái)，最新發(fā)表的這項(xiàng)研究成果，從本質(zhì)上解決了制約全固態(tài)電池商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)其實(shí)用化邁出了決定性一步。傳統(tǒng)技術(shù)需要施加超過(guò)5兆帕(相當(dāng)于50個(gè)大氣壓)的外力來(lái)維持界面穩(wěn)定，這種嚴(yán)苛條件嚴(yán)重阻礙了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而這項(xiàng)中國(guó)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，從根本上改變了這一困境。

　　針對(duì)本項(xiàng)研究成果是否徹底解決了固態(tài)電池固-固界面接觸難題、何時(shí)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)、是否增加成本、長(zhǎng)期電化學(xué)穩(wěn)定性如何等問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)一一回應(yīng)稱(chēng)，這次研究解決了全固態(tài)金屬鋰電池負(fù)極側(cè)界面的固-固接觸難題，對(duì)解決正極/電解質(zhì)固-固接觸問(wèn)題同樣具有啟發(fā)作用。

　　本項(xiàng)研究成果已獲得中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)，正在申請(qǐng)國(guó)際專(zhuān)利，從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的困難集中在工藝和裝備研發(fā)方面，預(yù)計(jì)還需要3至5年時(shí)間努力。

　　新技術(shù)采用引入碘離子的方法，不會(huì)增加全固態(tài)金屬鋰電池成本。此外，富碘與金屬鋰化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)全固態(tài)金屬鋰安全性提升有利。(完)