【天天新要聞】東京理科大學探討全固態電池的雙電層動力學

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在向清潔能源轉型的過程中，全固態鋰離子電池（ASS-LIB）被視為富有前景，預計將廣泛應用于電動汽車等領域。然而，這類電池的表面電阻高，使其輸出功率降低，并影響商業應用。

（圖片來源：東京理科大學）

據外媒報道，研究人員將這一問題與膠體物質（一種粒子在另一種物質中微觀分散）中出現的“電雙層”（EDL）效應聯系起來。當膠體顆粒在其表面吸附分散介質中的負電荷離子，由此獲得負電荷，就會發生EDL效應。東京理科大學（TUS）的研究人員Dr. Tohru Higuchi表示：“這發生在固體/固體電解質界面，給全固態鋰電池帶來了問題。”

該校與日本國立材料科學研究所（National Institute for Materials Science）的研究人員共同設計了一種新技術，用于定量評估固體/固體電解質界面的EDL效應。研究人員利用基于全固態氫端金剛石（H-diamond）的EDL晶體管（EDLT）進行霍爾測量和脈沖響應測量，以確定EDL充電特性。

研究人員在H-diamond和鋰固體電解質之間，插入納米厚度鈮酸鋰或磷酸鋰中間層，以研究這兩層界面處EDL效應的電響應。電解質構成確實影響了電極界面附近一小部分區域的EDL效應。當在電極/固態電解質界面之間引入一定的電解質作為中間層時，可以減少EDL效應。

與鈮酸鋰/H-diamond界面相比，磷酸鋰/H-diamond界面的EDL電容要大得多。

研究人員還解釋如何改進ASS-EDL充電的切換響應時間。Dr. Higuchi表示：“EDL已證明會影響切換性能。控制EDL的電容，可以大大提高ASS-EDL充電的切換響應時間。我們在場效應晶體管電子層利用金剛石的非離子滲透特性，將其與各種鋰導體結合在一起。”

中間層具有加快和放慢EDL充電速度的作用。EDLT的電響應時間變化很大，在大約60毫秒（磷酸鋰/H-diamond界面低速切換）到大約230微秒（鈮酸鋰/H-diamond界面高速切換）之間。然而，該團隊展示，對EDL充電速度的控制超過兩個數量級。

研究人員能夠在全固態設備中實現載波調制，并改善其充電特性。Dr. Higuchi表示：“關于鋰離子導電層的研究結果，對提高界面電阻具有重要意義。未來或將有助于實現具有優異充放電特性的全固態電池。”

總而言之，對于控制ASS-LIB界面電阻來說，這是重要的一步，拓寬了其在許多應用中的可行性。