重大突破!我国科学家破解固态电池“压力魔咒”,电动车或迎变革

嘿,大家好,我是小方。这次的国际评论要跟大家聊聊中国科学家在固态电池方面取得的一个重大突破——他们终于搞定了固态电池怎么不用那么大的外部压力就能正常工作。这一成就,要说可能会对未来的电动汽车和储能行业带来不小的影响,变化也许会挺大。

重大突破!我国科学家破解固态电池“压力魔咒”,电动车或迎变革-有驾
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固态电池的“压力魔咒”被破解了

全固态锂电池被不少业内人士誉为电池界的“圣杯”,因为它不仅安全性高,而且能量密度也很出色。不过,过去它的最大难题就像一块用力一挤才能挤出水分的海绵一样:必须依靠很大的外部压力(一般是5-50兆帕)才能发挥正常功能。这“压力魔咒”让制造变得很复杂,成本也高得吓人,限制了它的普及和大规模应用。

最近,中国科学院物理研究所和北京凝聚态物理国家研究中心的团队在《自然·材料》等一流期刊上连续发表了两篇研究论文,提出了“拓扑增强负极”(TFA)和“动态自适应界面”(DAI)这两项全新的解决方案。

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这两项技术就像给电池的“心脏”和“血管”同时做了细致的手术,让全固态锂电池在接近零外压(最低只要0.6兆帕,和传统锂离子电池差不多)的时候也能保持稳定循环。这意味着固态电池向着大规模商业化踏出了关键的一步。

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给锂金属穿上“黄金甲”

打破压力影响的关键开端,得先把电池最薄弱的那块——金属锂负极,搞定。纯锂金属太软,在压力一大时,容易变形甚至穿透电解质,完了就会短路。研究小组的“拓扑强化负极”设计,挺聪明:他们可不是单纯用纯锂,而是搞出了个锂-硼合金的三维骨架结构。

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这个骨架就像给锂金属穿了一层坚固的“盔甲”,它的机械强度比纯锂高出了一倍,能够更好地应对高压带来的变形。

更令人惊讶的是,这个骨架不仅是物理支撑的“底盘”,还是锂离子的“快车道”。研究发现,锂离子在这个骨架里的扩散速度比在纯锂中快了一个档次,而且在充放电的过程中,负极的体积变化率只有纯锂的40%左右,几乎达到了“零体积膨胀”的效果,根本上解决了因体积变动带来的界面接触不良的问题。

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会“自我修复”的智能界面

就算负极自己稳住了,固态电池依然存在个难题:坚硬的固体之间会在使用过程中出现细微缝隙。这时,研究团队的第二个突破性方案——“动态自适应界面”,就像一个“会变聪明的黏合剂”一样,能自动调整和弥合这些微小的缝隙。

他们在固态电解质里提前放置了一些特殊的阴离子(比如碘离子),等电池运转起来后,这些离子会自己主动往负极和电解质的接合面迁移,形成一层既能导离子,又能根据形变自动调整的保护膜。

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这层保护膜可以说是会动的:界面出现一些细微的空隙时,它能自动补充,保持紧密贴合;锂沉积不均的时候,它还能引导锂均匀扩展。这种会自我调节的本领,让电池界面在没有外力的情况下也能长时间稳定下去。

实验证明,这种技术的软包电池,即使把外部压力全部拿掉,依然能稳定充放电达300次,容量保留率高达74.4%。

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从实验室走向产业:一个新案例

这项创新性的研究不仅只是论文里的探讨,今年11月初,全球电池大佬宁德时代在“麒麟电池技术开放日”上,首次揭示了他们基于固态电池技术的下一代车载电池样品,引起了产业界的热烈共鸣。

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