德國于利希研究中心的科學家們設計出一種新型固態電池，只需不到1個小時就可以再次充滿電。

背景

鋰離子電池，已廣泛應用于各種智能硬件與移動電子產品，例如智能手機，智能手表、平板電腦、電動自行車、電動汽車等。然而，鋰離子電池一般采用的都是可燃性的液體電解質。在高溫條件下，這些電解液可能會引起燃燒，甚至發生爆炸，存在安全隱患。

為了解決鋰離子電池的安全隱患，除了改善鋰離子電池的自身設計（例如加入保護電路）之外，尋找替代品也是科學家們一直在研究的方法。固態電池成為了傳統鋰電池的一種候選的替代品，它的所有電極和電解質都由固態物質制成，即使被加熱到非常高的溫度，也不會著火。

但是，傳統的鋰離子電池采用的是液體電解質，它通常與電極接觸得非常好。通過它們粗糙的表面，電極就像海綿一樣吸收液體，制造出較大的接觸面積。可是，兩種固體原則上無法無空隙地結合在一起。電極與電解質之間的接觸電阻會相應地增高。因此，在固態電池的開發中，低電流被認為是最大的障礙之一。這也是為什么固態電池充電需要花費相對較長的時間，它一般充滿電需要10到12個小時。

創新

德國于利希研究中心能源與氣候研究所（IEK-9）的研究小組領頭人HermannTempel博士解釋道：“通過目前描述的設計理念，由于內部固態接口的問題，充放電電流只能非常小。這就是我們的設計理念起作用的地方，這個想法基于材料的有益組合。”

近日，德國于利希研究中心的科學家們設計出一種新型固態電池，只需不到1個小時就可以再次充滿電。

技術

HermannTempel解釋道：“為了允許最大可能的電流通過層的邊界，我們采用非常相似的材料來制造所有的元件。陽極、陰極與電解質都通過不同的磷酸化合物制成，使得充電率高于3C（質量比容量為50mAh/g）。這比文獻中找到的其他沖充電率值要高10倍。”

固態電解質作為穩定的載體材料使用，磷酸鹽電極通過網印工藝應用到電解質的兩側。這項研究使用的材料價格合理，且相對易于加工。不同于傳統的鋰離子電池，新型固態電池幾乎不含有毒或有害物質。

Yu開發并測試了這種電池，他的研究也成為了中國留學基金委在德國于利希研究中心能源與氣候研究所的資助項目的一部分。Yu表示：“在初始測試中，這種新型電池經過500次的充放電循環依然非常穩定，并保持原始容量的84%。這里仍然有提升的空間。理論上說，容量損耗甚至應該可能低于1%。”

研究所的主任教授Ruediger-A.Eichel也深信這種新型電池設計的優勢。Eichel表示：“能量密度已經非常高，約為120mAh/g，即使它仍然略低于如今的鋰離子電池。”

價值

除了為電子遷移率而進行的開發，德國亥姆霍茲國家研究中心聯合會“電池存儲”話題的發言人Eichel相信，固態電池未來也將用于其他領域。

他說：“目前正在開發的固態電池將優先用于下一代電動汽車的能量存儲。但是我們也相信，固態電池將在其他需要長壽命與安全操作的應用領域流行，例如醫療技術或者智能家居領域的集成元件。”

關鍵字

電池、固態電池、能量存儲