全固体电池：下一代电池的有力候选
时间:2017-06-23 09:32来源:日本科技观察 作者:志明
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因此，围绕电池用的材料，在原子水平的基础研究，在科技先进的世界各国都在积极地进行研究。
最近，克服了这一系列的弱点，同时具备了高性能特点，全固体电池被研发出来了。
我们现在常用的锂离子电池，高容量的同时却存在容易着火的问题，这就需要另外做针对此问题的很多安全预案。
同时，锂离子电池很难做到瞬间做到高功率放电。因此，在电动车等应用场景下，如何跟电容器配合是一个非常重要的课题。
尝试克服上述这些缺点，发明新一代电池材料的人之中，就有已经坚持了长达三十年电池材料研究工作的东京工业大学菅野了次教授。
目前菅野教授也在跟丰田、高能加速器研究机构（KEK）、J-PARC（位于茨城县的大强度质子加速器设施）在进行共同研究。
电池是通过在正负电极之间的离子传导体（电解液），正离子的移动通过电子的传递的原理从而产生电流的。
具体到锂离子电池，由于它的离子传导体（电解液）是液体状的，而且是易燃的有机化合物，这是它的重大缺点。
针对此问题，菅野教授的研究团队他们为了寻求是高性能的固体的离子传导体，合成了非常非常多的化合物来制作电池做了灰常灰常多测试。
一路走来，菅野教授回顾到，一开始做出来的电池电压很低，功率也很低，这种情况持续了很久。但考虑到目前的锂离子电池可能存在漏液的问题，导致在应用层面遇到的种种制约，还是下定决心想把电池整体弄成固体。
研究迎来转机的是在2011年，经过常年的测试，他们发现了一种叫LGPS的硫化物材料（LGPS=Lithium,Germanium,Phosphorus,Sulphur。Lithium锂，Germanium锗，Phosphorus磷，Sulphur硫），性能可以超过目前的锂电池。
而这种物质的构造是怎么样的，这个问题在位于茨城县的J-PARC（大强度质子加速器设施）里面的利用该设施里的SuperHRPD（Super High Resolution Powder Diffractometer超高分辨度粉末衍射仪）得到了解决。
利用该设备，在该化合物的分子构造内部清晰观察到离子沿着直线运动通道。
菅野教授介绍到，在这种前所未有的新构造中，在三维的骨骼构造中存在着单维的隧道，而离子就在这隧道中运动。
以此为契机，在了解了离子运动的机理的前提下，为了得到更高的离子传导性以及稳定性，进一步改良材料的结果。
则是在LGPS上加入微量的氯，得到了两种新的超离子传导体，他们分别是Li9.6P3S12和Li9.54Si1.74P1.44S11.7CI0.3。
这两种化合物作为离子传导体，性能达到了世界最高水平。
而这新发现的两种新物质，通过同属于J-PARC的茨城县材料构造解析装置iMATERIA进行了分析。
分析得到的结果是，锂离子不是单维的，是三维方方向扩散移动，这是达到高传导性能的原因。
在众多新一代电池材料的方案中，成为其中之一项的有力候选。
目前为止的锂离子电池所处的位置（纵坐标是高功率横坐标是高容量密度）
新一代的固体电池的定位在这里（无论在功率以及能量密度方面都有提升）
菅野教授介绍，到目前为止听到的固体电池的好处，一直没有得到实际验证。把电池变成全固体的好处首次得到了实证。
利用好全固体电池的优点，制造小型化同时大容量，还能做到快速充电的新型电池值得期待。
同时在真正实用化之前确认其安全可靠性，积累工业量产制造以及大型化的经验还需要很长时间，还需要克服很多问题。
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