蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，隨著鋰電池（Li-ion）不斷得到發(fā)展，各種便攜式設(shè)備也都開始采用該電池，大大推動了電子產(chǎn)品的發(fā)展。然而，傳統(tǒng)鋰離子電池存在內(nèi)在缺點，即其液體電解質(zhì)溶液，因此并不完全適合電動汽車等應(yīng)用。具體缺點包括耐用性有限、容量低，且存在安全問題，以及有毒和碳足跡等環(huán)境問題。幸運的是，科學(xué)家們現(xiàn)在正專注于可以解決這些問題的下一代解決方案：全固態(tài)電池。該電池采用固體電解質(zhì)，可以更安全，并能夠保持更大的功率密度。

（圖片來源：日本東京理科大學(xué)）

然而，全固態(tài)電池的電解質(zhì)-電極界面處具有較高電阻，降低了全固態(tài)電池的輸出并阻止快速充電。有科學(xué)家認為造成這種高界面電阻的原因是雙電層（electric double layer，EDL）效應(yīng)，包括在與電極界面從電解質(zhì)中收集帶電離子。該過程會產(chǎn)生一層正電荷或負電荷，進而導(dǎo)致相斥電荷以相等的密度在整個電極上累積，從而形成雙層電荷。檢測和測量全固態(tài)電池中的EDL的問題在于，傳統(tǒng)的電化學(xué)分析方法無法解決該問題。

在日本東京理科大學(xué)（ Tokyo University of Science），由Tohru Higuchi副教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們發(fā)明出一種全新方法，可以評估全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中的EDL效應(yīng)，從而解決了上述難題。

新方法圍繞使用氫化金剛石和固體鋰基電解質(zhì)制成的場效應(yīng)晶體管（field-effect transistors，F(xiàn)ET）展開。FET是一種三端晶體管，其中源極和漏極之間的電流可以通過在柵極上施加電壓來控制。憑借FET的半導(dǎo)體區(qū)域中產(chǎn)生的電場，該電壓可控制電子或空穴（帶正電荷的“電子空位”）的密度。通過利用這些特性并使用化學(xué)惰性的金剛石通道，科學(xué)家們排除了影響通道導(dǎo)電性的化學(xué)還原氧化效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)由于EDL效應(yīng)積累的靜電荷才是必要原因。

因此，科學(xué)家們在金剛石電極上進行了霍爾效應(yīng)（Hall effect）測量，而該測量僅對材料表面上的帶電載流子敏感。科學(xué)家使用不同類型的鋰基電解質(zhì)，并對它們的成分視如何影響EDL的進行了研究。經(jīng)過分析，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了EDL效應(yīng)的一個重要方面，即該效應(yīng)由界面附近（約5納米厚）的電解質(zhì)組成決定。如果電解質(zhì)材料允許發(fā)生電荷補償?shù)倪€原氧化反應(yīng)，則EDL效應(yīng)可以被大大抑制。Higuchi表示：“我們的新技術(shù)被證明有助于揭示固體電解質(zhì)界面附近EDL效益的各個方面，并有助于闡明界面特性對全固態(tài)鋰離子電池和其他離子設(shè)備性能的影響。”

目前，該團隊計劃采用該方法分析其他電解質(zhì)材料中的EDL效應(yīng)，希望找到有關(guān)降低下一代電池界面電阻的線索。Higuchi表示：“我們希望該方法可以助力未來高性能全固態(tài)電池的開發(fā)。”此外，該方法也可以更好地理解EDL，從而加速電容器、傳感器、存儲器和通信設(shè)備的開發(fā)。

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