據外媒報道，由新加坡國立大學設計與工程學院（NUS College of Design and Engineering）材料科學與工程系助理教授 Pieremanuele（Piero）Canepa負責的研究團隊發現了一種新的鈉離子基固體電解質成分，可以實現電池超快充放電。這有助于開發更安全、更環保、價格更低的可充電電池，為電動汽車、手機等應用提供動力。

（圖片來源：新加坡國立大學）

 

       Canepa表示，傳統鋰離子電池存在安全風險，其中的液體電解質具有高度可燃性。“挑戰在于找到更安全的固體替代品，在充電速度、壽命和潛在充電容量方面具有競爭力。”

 

       安全、高容量電池

 

       研究人員普遍認為，采用不易燃的陶瓷材料（即固體電解質）制造全固態電池，最有希望提供更安全、高容量的電池，滿足未來低碳能源需求。其難點在于開發合適的陶瓷材料成分，以提供與商用鋰離子電池中的易燃液體電解質相當的性能。

 

       新加坡國立大學研究團隊開發的新型固體成分，使用了一種名為NASICON（或鈉超級離子導體）的固體電解質。這種電解質大約在40年前由Hong和諾貝爾化學獎得主Goodenough等首次發現。

 

       研究人員表示，除了更加安全，采用儲量豐富的鈉，使電池的成本更低，更易于生產。

 

       先進的方法

 

       該團隊采用自下而上的方法，首先使用高功率超級計算機和新算法開發出NASICON陶瓷成分的原子級理論模型，從而獲得這一發現。接著，法國CNRS Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides的Masquelier教授的團隊對這種設計成分進行了實驗合成、表征和測試。隨后，在NUS和德國能源和氣候研究所（Institute of Energy and Climate Research），對新NASICON成分中的離子運動速度進行測量。

 

       Canepa表示：“這些方法使研究人員能夠加快開發和優化全固態電池的新型固體電解質。對于實現高功率密度、更安全的電池，具有重要意義。我們相信，這種先進的方法將推動下一代清潔能源存儲技術的發展。”

 

       目前，該團隊正在進行下一階段研究，以利用NASICON陶瓷開發全尺寸固體電池，并展示其充放電性能。

 

       Canepa實驗室對全固態電池的研究

 

       在一項相關研究中，Canepa實驗室的研究人員探討影響全固態電池發展的關鍵問題，即堿金屬負極和固體電解質之間的界面往往是不穩定的，這是電池發生故障的原因之一。該界面的穩定性取決于固體電解質中間相（solid electrolyte interphase），即在邊界處形成的具有獨特化學性質的中間層。

 

       在最近發表的研究論文中，研究員Yuheng Li負責的團隊研究了鋰金屬負極和固體電解質之間的電池界面。該界面上會形成自我限制和穩定的中間相。為了解這種穩定性的來源，研究人員通過原子級模擬，為中間相的電子電導率建模。結果發現，該中間相具有電子絕緣性，從而阻止自身逐步形成，并且穩定了界面。

 

       該團隊表示，這項發現為設計穩定的電池界面提供了指南，有助于加速實現安全、高性能全固態電池的商業化。