IT之家 11 月 5 日消息，科技媒體 techxplore 昨日（11 月 4 日）發(fā)布博文，報道稱得克薩斯大學奧斯汀分校領(lǐng)導的科研團隊在全固態(tài)電池領(lǐng)域取得突破，開發(fā)出一種新型氧化鋯改性石榴石電解質(zhì)，提升電池性能的同時，也成功降低了制造成本。
IT之家援引博文介紹，目前主流的鋰離子電池普遍采用有機液態(tài)電解質(zhì)，這種類似楓糖漿（Maple-syrup）的物質(zhì)是電池內(nèi)部鋰離子穿梭的通道。
盡管技術(shù)成熟，但液態(tài)電解質(zhì)本質(zhì)上是碳氫化合物，是頻發(fā)電池起火事故中的“燃料”，導致了嚴重的熱失控風險。因此，開發(fā)下一代更安全、能量密度更高的全固態(tài)電池已成為行業(yè)核心目標。
相比之下，基于陶瓷的固態(tài)電解質(zhì)不含可燃物，能夠從根本上降低火災風險。然而，陶瓷電解質(zhì)自身也面臨著成本高昂、制造品控困難，以及金屬枝晶生長導致內(nèi)部短路過早失效等嚴峻挑戰(zhàn)。
其中，基于石榴石結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷因其獨特的晶體結(jié)構(gòu)能讓鋰離子快速移動，被視為理想材料，但即便是它也未能完全克服枝晶難題。
由得克薩斯大學奧斯汀分校領(lǐng)導，集結(jié)了四所大學與三家國家實驗室的團隊，為全固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)出一種新方法，解決了這一瓶頸。
氧化鋯增強型電解液（左圖）避免了基準樣品（右圖）中出現(xiàn)的裂紋。圖片來源：David Mitlin
團隊受珠寶匠打磨寶石的啟發(fā)，通過在石榴石晶粒中均勻分散微米級的氧化鋯顆粒，成功抑制了電解質(zhì)內(nèi)部的裂紋和枝晶形成。同時，該方法利用碳化物添加劑在制造過程中放熱分解的特性，降低了外部加工溫度，從而進一步削減了生產(chǎn)成本。
論文共同第一作者、博士后研究員 Yixian Wang 表示，氧化鋯在此處發(fā)揮了雙重作用：它既幫助材料致密化，又防止了煩人的鋰枝晶形成，實現(xiàn)了性能與安全的雙贏。
更重要的是，這項技術(shù)還帶來了額外的經(jīng)濟效益。研究中使用的碳化物添加劑在制造過程中會放熱分解，為合成反應提供額外熱量，從而降低了外部加工所需的溫度，有效削減了生產(chǎn)成本。
測試結(jié)果顯示，與未經(jīng)改性的材料相比，這種新型氧化鋯改性石榴石的臨界電流密度（材料短路前能承受的最大電流）提升了近一倍，意味著電池可以在不犧牲安全性的前提下，以更高功率運行。
IT之家注：臨界電流密度是衡量電池性能和安全性的一個關(guān)鍵指標，指電池在不發(fā)生短路或損壞（如長出枝晶）的情況下，所能承受的最大充放電電流強度。這個值越高，意味著電池可以支持更快的充電速度和更強大的功率輸出。