安全的固态锂电池预示着能量储存的“范式转变”

生产安全，功能强大且价格合理的固态锂电池的竞争正在加速，最近关于使用固体非易燃陶瓷电解质石榴石进行改变游戏规则研究的公告在竞争中称其具有革命性。

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“这是能量储存的范式转变，”机械工程助理教授KelseyHatzell说。一篇论文-“孔隙连通性对同步辐射X射线断层扫描中观察到的LLZO电解质中Li枝晶传播的影响”-描述了她对石榴石电解质失效点的新研究，于3月在线发表在美国化学学会的能源快报上，这是当月阅读最多的ACSLetters文章之一。

锂离子电池通常含有可以着火的液体有机电解质。通过使用不易燃的石榴石基电解质消除了火灾风险。用固体有机物如石榴石代替液体电解质还可以通过延长电池寿命来降低成本。

“固态电池适用于全电动汽车和其他能源储存和安全至关重要的应用，”Hatzell说。

Hatzell的团队测试了Li7La3Zr2O12-锂镧氧化锆或LLZO-一种石榴石型材料，由于其高Li离子传导性及其与Li金属的兼容性，显示出对全固态电池应用的巨大希望。

“了解这些电解液系统中的失效机理对于设计弹性固体电解质系统至关重要，”Hatzell说。“LLZO的主要限制是在低电流密度下发生短路事件的倾向。”

Hatzell的研究使用同步加速器X射线断层扫描技术跟踪实际充电和放电事件后LLZO的结构变化。该技术允许研究人员查看电池内部并查看亚微米分辨率的3D结构特征。

“使用扫描电子或光学显微镜技术破坏性地或非原位进行锂在固体电解质中成像的大多数技术。使用同步加速器工具在更现实的条件下测试材料使我们能够探测埋藏的界面，”Hatzell说，他的合着者是沉凤玉，博士后研究员，研究生向辉萧和马克迪克西特。

“世界上只存在少数同步加速器和中子源.Marm是2017年全国中子和X射线散射学校入选的60名研究生之一。”作为该项目的一部分，他花了一周的时间在橡树岭国家实验室和阿贡国家实验室一周，“Hatzell说。

Argonne的高级光子源和ORNL的散裂中子源和高通量同位素反应器允许对先进材料和相互作用进行纳米级研究。Dixit能够从领先的科学家和专家那里学习同步加速器表征技术。Hatzell的团队在Argonne进行了所有测试。

“这些结果可能为下一代固态电池系统的材料设计提供信息。结果表明，空隙或连通孔的存在导致更高的故障率，”Hatzell说。

“尽管仍有大量研究需要将固态器件推向市场，但它们在高能量密度电池和电动汽车应用中的应用前景正引起全球各界的广泛兴趣。”