盡管固態(tài)電池已經(jīng)引起了儲能行業(yè)的注意，但迄今為止它們的商業(yè)應(yīng)用非常有限，而且有大量不同的潛在材料可以取代今天的鋰離子電池中使用的液體電解質(zhì)，這些材料在科學(xué)調(diào)查和潛在商業(yè)化的道路上處于不同階段。

由美國康奈爾大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們對這樣一種材料進(jìn)行了更仔細(xì)的研究，通過在阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的同步輻射光源設(shè)施上進(jìn)行的最新成像技術(shù)。

該小組研究了一個(gè)鋁摻雜的氧化鑭鋰（LLZO）的樣品。盡管在商業(yè)生產(chǎn)方面，氧化物材料被認(rèn)為比硫化物或聚合物更具挑戰(zhàn)性，但氧化物也有潛力。而康奈爾大學(xué)的研究人員表示，LLZO以其高離子傳導(dǎo)性和良好的穩(wěn)定性能顯示出前景。

晶體缺陷

在合成了LLZO樣品后，該小組前往高級光子源，在那里他們采用了一種名為布拉格相干衍射成像的技術(shù)，將X射線束照射到該材料的一微米大小的晶粒上，并創(chuàng)建其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維圖像。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的全部結(jié)果可以在發(fā)表在《納米快報(bào)》上的《固態(tài)電解質(zhì)Li7-3xAlxLa3Zr2O12單晶粒中晶體缺陷的X射線納米成像》中找到。

康奈爾大學(xué)的研究員孫一飛說："這些電解質(zhì)被認(rèn)為是完美的晶體，但我們發(fā)現(xiàn)的是以前沒有報(bào)道過的缺陷，如位錯(cuò)和晶界。"這項(xiàng)工作進(jìn)一步表明，在材料中摻入鋁的過程是造成許多這些位錯(cuò)和晶界的原因，并且可以為固態(tài)電池的未來發(fā)展提供參考。

該小組現(xiàn)在正計(jì)劃進(jìn)一步研究，以了解這些缺陷如何影響電池在充電和放電時(shí)的工作機(jī)制，以及他們是否可以控制這些缺陷的生長以獲得進(jìn)一步的優(yōu)勢。"現(xiàn)在我們確切地知道我們在尋找什么，我們想找到這些缺陷，并在我們操作電池時(shí)觀察它們，我們離它還很遠(yuǎn)，但我們可能正處于一個(gè)新的發(fā)展起點(diǎn)，我們可以有目的地設(shè)計(jì)這些缺陷，以制造更好的儲能材料。"該小組的高級科學(xué)家AndrejSinger說。