顆粒在線訊：“現(xiàn)在有很多人和公司正在研究大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池的不同方法。毫不夸張地說，它是目前科學(xué)界最熱門的話題之一。”—Grady，賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)博士生。

　　與傳統(tǒng)電池相比，固態(tài)電池具有更高的能量并且更安全。賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員提出了一種改進的固態(tài)電池生產(chǎn)方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)多種材料集成以獲得更好的電池——冷燒結(jié)。

　　“傳統(tǒng)電池具有液體電解質(zhì)，使離子能夠在電池的陰極和陽極之間移動。而固態(tài)電池具有由固體材料制成的特定薄電解質(zhì)?！?/p>

　　“從安全角度來看，固態(tài)電池有很多優(yōu)勢，因為它們不會著火，因為它們具有更強的粘合性，因此更加穩(wěn)定?！辈牧峡茖W(xué)和鉛博士生Grady說，“由于這種更強的結(jié)合力，它們的機械強度也更高。這可以防止引起火災(zāi)。相對于我們現(xiàn)在已經(jīng)達到能量極限的電池，它們的性能提高了一個數(shù)量級。但制造固態(tài)電池也存在很多問題?！?/p>

　　固態(tài)電池從實驗室躍升到市場的很大問題是其工藝技術(shù)的不足。當(dāng)前的電池電極是活性材料、碳和液體電解質(zhì)的混合物。沒有液體電解質(zhì)，離子就不會在電極中四處移動。為離子提供移動路徑的最佳方法是引入固體電解質(zhì)，這需要燒結(jié)，而傳統(tǒng)的燒結(jié)對碳和活性材料來說太熱，導(dǎo)致材料的降解。而冷燒結(jié)能夠在非常低的溫度下引入固體電解質(zhì)。

　　“在液體電池中，你可以取兩個電極，然后加入電解質(zhì)，只要有東西將兩者分開，通常是聚合物，你就有一個電池?！盙rady說，“但制造固態(tài)電池需要生產(chǎn)一種材料，例如用于固態(tài)電解質(zhì)的一層非常薄的致密導(dǎo)電陶瓷玻璃，這很難大規(guī)模生產(chǎn)?！?/p>

　　解決這個問題是當(dāng)前科學(xué)和工業(yè)界深感興趣的主題。這是因為對電動汽車未來潛力的看好及其對氣候保護主義的推崇。固態(tài)電池還有其他潛在的應(yīng)用，例如更耐用的筆記本電腦電池。

　　“現(xiàn)在有很多人和公司正在研究大規(guī)模生產(chǎn)固態(tài)電池的不同方法?！盙rady說，“毫不夸張地說，它是目前科學(xué)界最熱門的話題之一”

　　據(jù)研究人員稱，冷燒結(jié)可能會提供解決方案。冷燒結(jié)是一種革命性的工藝，它可以在比傳統(tǒng)方法低得多的溫度下燒結(jié)陶瓷。它是由材料研究所所長、材料科學(xué)與工程杰出教授、該研究的合著者Clive Randall領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在賓夕法尼亞州立大學(xué)開發(fā)的。

　　“我們在冷燒結(jié)中所做的是將陶瓷固體電解質(zhì)的燒結(jié)溫度從通常的1200攝氏度降低到400攝氏度以下。”Grady說，“當(dāng)你這樣做時，你可以將你的固體電解質(zhì)與電池中的其他所有東西整合在一起，比如你的活性材料和電極，并將界面冷燒結(jié)在一起。它解決了所有不同的制造挑戰(zhàn)。它為不同固態(tài)電池材料之間的加工打開了一扇窗，這是任何其他陶瓷加工方法都無法做到的?！?/p>

　　“因此，冷燒結(jié)確實表明可以用陶瓷制造固態(tài)電池?！薄狦rady說。

　　固態(tài)電池電解質(zhì)由陶瓷、聚合物、聚合物復(fù)合材料或柔軟的非結(jié)晶材料制成。就離子導(dǎo)體和固態(tài)電解質(zhì)而言，陶瓷被認為是最好的材料類型之一。

　　“因此，在研究領(lǐng)域，知道哪種材料最適合用于固體電解質(zhì)和知道可以使用哪種材料，尤為重要。并且由于陶瓷燒結(jié)工藝的限制，沒有人能夠真正解決這個問題。”Grady說，“因此，冷燒結(jié)表明用陶瓷制造固態(tài)電池是可行的?！?/p>

　　在之前的一項研究中，研究小組展示了如何在低于300華氏度（150攝氏度）的溫度下使用冷燒結(jié)來制造多層固態(tài)鋰離子電池。他們依靠導(dǎo)電鹽來獲得合適的電化學(xué)性能，這削弱了固態(tài)電池的一些導(dǎo)電和安全優(yōu)勢。然后，該團隊證明了一種由磷酸硅酸鋯鈉組成的固體電解質(zhì)，通常通俗地稱為NASICON固體電解質(zhì)，可以通過更換液體，在稍高的溫度——707華氏度（375攝氏度）下進行冷燒結(jié)。

　　對于目前的這項研究，該團隊展示了一種制造固態(tài)電池混合導(dǎo)電電極的新方法。該團隊采用了一種NASICON陰極陶瓷粉末，該粉末被致密化為陶瓷復(fù)合顆粒，并使用瞬態(tài)溶劑幫助其致密化，并使用雕刻機對粉末施加必要的壓力。施加壓力并在707華氏度（375攝氏度）下加熱三個小時。

　　研究團隊的下一步工作包括微調(diào)固態(tài)電池的冷燒結(jié)工藝。

　　“我們認為有可能真正探索冷燒結(jié)電解質(zhì)的成分，并研究陶瓷混合導(dǎo)電與成分之間的關(guān)系，從而優(yōu)化最多的活性材料?！盙rady說，“另一方面，我們也在探索分層結(jié)構(gòu)，這樣我們就可以混合所有東西，包括陰極中的固體電解質(zhì)。”

　　然后，研究人員將探索一些其他問題并努力解決這些問題。

　　“然后我們將提出一些問題，例如如何將陰極和電解質(zhì)相互重疊，以免在該界面處出現(xiàn)離子瓶頸?！盙rady說，“你能制造出多薄的電解質(zhì)？這些是邁向真正實用的固態(tài)電池的重要步驟?！?/p>