固態(tài)電池—一種使用全固態(tài)元件的新型電池設計—近年來受到了人們的關注，因為固態(tài)電池在保持更多能量的同時防止了液態(tài)電池的安全挑戰(zhàn)。

但是制造一個持久的固態(tài)電池說起來容易做起來難。今朝，佐治亞理工學院的研究人員已經使用X射線計算機斷層掃描（CT）來實時顯示電池中材料界面邊緣附近的裂紋是要怎么樣形成的。這一發(fā)現有助于研究人員找到改善儲能裝置的辦法。

“固態(tài)電池可能比鋰離子電池更安全，并可能擁有更多的能量，這將是電動汽車甚至電動飛機的理想選擇，”佐治亞理工學院材料科學與工程學院的助理教授馬修·麥克道爾說。從技術上講，這是一個快速發(fā)展的范疇，有很多公司對此感興致?！?/p>

在典型的鋰離子電池中，鋰離子通過液體電解質在兩個電極（陰極和陽極）之間傳遞時釋放能量。

這項研究發(fā)表在六月四日的《ACS能源快報》上，由國家科學基金會贊助，研究小組建立了一個固態(tài)電池，其中固體陶瓷盤被夾在兩片固體鋰之間。陶瓷盤取代了典型的液體電解質。

麥克道爾說：“要想弄清楚要怎么樣使這些堅固的部件組合在一起，并在長時間內表現良好，這是一個挑戰(zhàn)。我們正在研究要怎么樣設計這些固體部件之間的接口，以使它們盡可能長時間地使用?！?/p>

與佐治亞理工學院的助理教授、X射線成像專家克里斯托弗·薩爾達納合作，研究人員將電池置于X射線顯微鏡下，對其進行充電和放電，尋找聲明電池退化的物理變化。經過幾天的緩慢過程，整個盤上形成了網狀裂紋。

這些裂紋是問題所在，并伴隨著鋰金屬和固體電解質之間的界面層的生長而出現。研究人員發(fā)現，這種在循環(huán)過程中的斷裂導致了對離子流動的阻力。

麥克道爾說：“這些是發(fā)生在界面上的不必要的化學反應?！比藗兺ǔＵJ為這些化學反應是導致細胞退化的原由。但是我們通過成像了解到，在這種特殊的材料中，不好的不是化學反應本身——它們不會影響電池的性能。壞的是，細胞破碎，破壞了細胞的性能。”

處理壓裂問題可能是釋放固態(tài)電池潛能（包括其高能量密度）的第一步。研究人員指出，所觀察到的劣化可能會影響其他類型的固態(tài)電池，因此這一發(fā)現可能會引導設計更耐用的界面。

麥克道爾說：“在一般的鋰離子電池中，我們使用的材料決定了我們能儲存多少能量。純鋰的含量最高，但在液體電解質中效果不佳。但是，假如你能將固體鋰與固體電解質結合使用，這將是能量密度的圣杯?！?/p>