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在向清潔能源轉(zhuǎn)型的過程中，全固態(tài)鋰離子電池（ASS-LIB）被視為富有前景，預(yù)計將廣泛應(yīng)用于電動汽車等領(lǐng)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(yè)應(yīng)用。


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

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

研究人員在H-diamond和鋰固體電解質(zhì)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(yīng)的電響應(yīng)。電解質(zhì)構(gòu)成確實影響了電極界面附近一小部分區(qū)域的EDL效應(yīng)。當(dāng)在電極/固態(tài)電解質(zhì)界面之間引入一定的電解質(zhì)作為中間層時，可以減少EDL效應(yīng)。

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(yīng)時間。Dr. Higuchi表示：“EDL已證明會影響切換性能?？刂艵DL的電容，可以大大提高ASS-EDL充電的切換響應(yīng)時間。我們在場效應(yīng)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(dǎo)體結(jié)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(yīng)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(shù)量級。

研究人員能夠在全固態(tài)設(shè)備中實現(xiàn)載波調(diào)制，并改善其充電特性。Dr. Higuchi表示：“關(guān)于鋰離子導(dǎo)電層的研究結(jié)果，對提高界面電阻具有重要意義。未來或?qū)⒂兄趯崿F(xiàn)具有優(yōu)異充放電特性的全固態(tài)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(yīng)用中的可行性。

原標(biāo)題： 東京理科大學(xué)探討全固態(tài)電池的雙電層動力學(xué)