储能技术：全固态电池技术的突破与未来展望

来自 实验室仪器网

电池是现代电子产品不可或缺的一部分，锂离子电池(LIB)为各种设备供电，从小型电子设备和电动汽车到大型可再生能源存储系统。然而，LIB面临重大限制，包括耐用性有限和使用危险的液体电解质。

十多年来，研究人员一直在研究全固态电池，以应对这些挑战。尽管硅基全固态电池在理论上比传统锂离子电池更具优势，但仍存在重大障碍。

一个主要问题是硅(Si)负极在充电和放电循环过程中反复膨胀和收缩。这种机械应力会削弱电极和刚性固体电解质之间的界面，最终导致电极破裂、脱落并永久丧失性能。

研究人员调查了在氧化硅(SiOx)电极中引入孔隙是否能缓解硅电极膨胀和收缩引起的开裂和剥落。这项研究是与日立高科技公司的KiyotakaNakano博士和日本同志社大学的KoheiMarumoto博士合作进行的。

为了测试这种方法，该团队使用射频溅射技术制造了多孔SiOx电极。他们将其整合到以Li-La-Zr-Ta-O(LLZTO)作为固体电解质的全固态电池中。他们使用先进的扫描电子显微镜详细分析了孔隙结构，并评估了它们在多次充电/放电循环中对电池性能的影响。

结果表明，多孔SiOx电极的性能明显优于无孔SiOx电极，后者在循环后容量明显下降。显微镜观察清楚地揭示了影响这种改进的纳米级过程。

全固态电池中Si和SiOx电极的一个关键限制是，它们的厚度必须保持在1微米以下，以防止开裂和剥落。然而，在SiOx中引入孔隙，即使在厚度为5µm的薄膜中也能实现稳定的充放电循环，通过增加单位体积存储的能量，显著提高空间效率。

这项研究重点介绍了多孔结构如何优化全固态电池的性能。这些进步有望应用于住宅和工业规模的能源生产，可能在支持可持续社会方面发挥重要作用。此外，全固态电池的安全性提高和使用寿命延长可以使电动汽车成为消费者更具吸引力的选择。

需要进一步研究如何微调SiOx电极的多孔结构，以最大限度地发挥其在全固态电池中的性能。在这一领域的持续探索将为储能技术的重大突破铺平道路。

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