解锁更安全的电池：阿贡实验室揭示全固态电池电解质材料关键见解

盖世汽车讯锂离子电池广泛用于为各种设备供电，包括手机、笔记本电脑和电动汽车等。据外媒报道，美国能源部阿贡国家实验室团队对全固态电池的固体电解质进行了研究。这些研究成果有助于开发更安全、更节能的电池技术。

电解质就像膜一样，允许锂离子在电池阴极和阳极之间传输。与使用液体电解质的传统锂离子电池不同，全固态电池采用固体电解质。这些材料既不挥发也不易燃，有助于开发能量密度更高、寿命更长、更安全的电池。固体电解质与锂金属的反应性也较低，因此比液体电解质更适合锂金属电极。与传统石墨电极材料相比，锂金属的能量密度更高，因为锂金属中的所有原子都可以参与充放电循环。

作为一种富有前景的固体电解质，锂镧锆石榴石具有稳定性、耐久性和高离子电导率，有助于在电极之间实现高效锂离子传输。为了改善LLZO的性能，研究人员一直尝试添加少量元素(如铝或镓)，以提高LLZO传导锂离子的能力，增强电导率。这个过程被称为掺杂，其中涉及加入少量的另一种元素来改变材料的性质。掺杂铝或镓有助于LLZO保持最对称的结构，并产生有利于锂离子移动的空隙，从而提高导电性。然而，这种掺杂行为也会增加LLZO与锂金属的反应性，从而缩短电池的循环寿命。

在这项研究中，研究人员检测含铝或镓掺杂剂的LLZO与金属锂接触时会发生什么。他们利用计算和实验技术发现，镓往往更容易从电解质中移出，更容易与锂反应形成合金，从而导致LLZO中的镓含量减少。这会改变锂石榴石的结构，并降低离子电导率。相比之下，掺杂铝的LLZO可以保持更稳定的状态。

掺杂镓LLZO的离子电导率比掺杂铝的LLZO更高。但其与锂接触时具有反应性，这表明需要一个界面层来保持其电导率，同时防止发生降解。

阿贡国家实验室首席研究员、物理学家Peter Zapol表示:“这些发现深入了解不同掺杂剂如何影响LLZO的性能和稳定性，为开发更可靠的固态电池提供了参考。了解掺杂剂如何与锂发生反应非常重要，除了高导电性，这是实现良好电解质的另一个要求。”

阿贡国家实验室首席实验师、化学家Sanja Tepavcevic表示:“如果掺杂剂不稳定，则不足以增强导电性。如果可以将反应性和导电性分开，或者开发一种既具有高导电性又具有稳定性的材料，这基本上就是我们试图通过这项工作展示的东西。”

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