Nature Nanotechnology: 从纳米尺度界面表征到全固态电池可持续储能

北2北

2020-03-12

近年来所报道的具有高离子电导率的固态电解质正在引领全固态电池发展的潮流。不过，界面稳定性不佳、能否扩大生产以及生产安全性存疑等问题严重限制了其进一步实用化。此外，有关锂离子电池可持续生产的研究比较缺乏而且目前尚未意识到全固态电池回收利用存在的挑战。目前大多数的研究重点都是开发新型的电解质材料。有鉴于此，美国加州大学圣地亚哥分校的Zheng Chen与Ying Shirly Meng等从非传统视角对固态电解质材料以及全固态电池进行了全新的评估。

本文要点

1） 作者认为尽管固态电解质的相关研究取得了很多重大进展，但是要想实现从实验室向商用的转变仍然有很长的路要走，这里面存在的主要障碍包括：单一固态电解质无法满足固态电池的所有需求、固态电解质由于表面性质与体相性质差异较大而很难表征、难以扩大化生产以及可持续性较差。文章主要从这四个方面进行了具体论述。

2) 从固态电解质本身的化学问题来说主要存在着与正负极之间严重的界面副反应和电解质自身电化学稳定窗口较窄导致的分解。正极表面保护性包覆层以及负极与电解质之间增加聚合物界面层能够缓解界面不兼容的问题。

3）在固态电解质表征这一部分作者认为其挑战主要在于难以对敏感界面以及界面下隐藏的体相性质进行检测。文章认为基于中子的相关技术可以实现对隐藏界面的探测而要想真正从纳米尺度上对界面性质与演变进行表征可能构建固态纳米电池是个不错的选择。

4） 针对无机固态电解质脆性大的弊端作者认为在工业化生产中利用聚合物电解质会显著降低剩生产难度提高实用化效益。文章最后通过类比传统锂离子电池回收来对未来可能存在的全固态电池的回收问题进行了评估。

Darrn H. S. Tan et al, From nanoscale interface characterization to sustainable energy storage using all-solid-state batteries, Nature Nanotechnology, 2020

DOI: 10.1038/s41565-020-0657-x

https://www.nature.com/articles/s41565-020-0657-x