据外媒报道，由新加坡国立大学设计与工程学院（NUS College of Design and Engineering）材料科学与工程系助理教授 Pieremanuele（Piero）Canepa负责的研究团队发现了一种新的钠离子基固体电解质成分，可以实现电池超快充放电。这有助于开发更安全、更环保、价格更低的可充电电池，为电动汽车、手机等应用提供动力。

（图片来源：新加坡国立大学）

 

       Canepa表示，传统锂离子电池存在安全风险，其中的液体电解质具有高度可燃性。“挑战在于找到更安全的固体替代品，在充电速度、寿命和潜在充电容量方面具有竞争力。”

 

       安全、高容量电池

 

       研究人员普遍认为，采用不易燃的陶瓷材料（即固体电解质）制造全固态电池，最有希望提供更安全、高容量的电池，满足未来低碳能源需求。其难点在于开发合适的陶瓷材料成分，以提供与商用锂离子电池中的易燃液体电解质相当的性能。

 

       新加坡国立大学研究团队开发的新型固体成分，使用了一种名为NASICON（或钠超级离子导体）的固体电解质。这种电解质大约在40年前由Hong和诺贝尔化学奖得主Goodenough等首次发现。

 

       研究人员表示，除了更加安全，采用储量丰富的钠，使电池的成本更低，更易于生产。

 

       先进的方法

 

       该团队采用自下而上的方法，首先使用高功率超级计算机和新算法开发出NASICON陶瓷成分的原子级理论模型，从而获得这一发现。接着，法国CNRS Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides的Masquelier教授的团队对这种设计成分进行了实验合成、表征和测试。随后，在NUS和德国能源和气候研究所（Institute of Energy and Climate Research），对新NASICON成分中的离子运动速度进行测量。

 

       Canepa表示：“这些方法使研究人员能够加快开发和优化全固态电池的新型固体电解质。对于实现高功率密度、更安全的电池，具有重要意义。我们相信，这种先进的方法将推动下一代清洁能源存储技术的发展。”

 

       目前，该团队正在进行下一阶段研究，以利用NASICON陶瓷开发全尺寸固体电池，并展示其充放电性能。

 

       Canepa实验室对全固态电池的研究

 

       在一项相关研究中，Canepa实验室的研究人员探讨影响全固态电池发展的关键问题，即碱金属负极和固体电解质之间的界面往往是不稳定的，这是电池发生故障的原因之一。该界面的稳定性取决于固体电解质中间相（solid electrolyte interphase），即在边界处形成的具有独特化学性质的中间层。

 

       在最近发表的研究论文中，研究员Yuheng Li负责的团队研究了锂金属负极和固体电解质之间的电池界面。该界面上会形成自我限制和稳定的中间相。为了解这种稳定性的来源，研究人员通过原子级模拟，为中间相的电子电导率建模。结果发现，该中间相具有电子绝缘性，从而阻止自身逐步形成，并且稳定了界面。

 

       该团队表示，这项发现为设计稳定的电池界面提供了指南，有助于加速实现安全、高性能全固态电池的商业化。