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示意图表示：a） HPE 的制造，b） 基于接口的核壳和 HPE 支持的锂离子扩散设计，c） 集成 HPEIC|Li SSB，以及 d） HPEIC 相对于独立式固体电解质的优势。学分：先进能源材料（2022 年）。DOI： 10.1002/aenm.202202981
运行可靠性、耐用性和高能量密度：在这些方面，固态电池在原理上优于传统的液体电解质锂离子电池。阻碍广泛工业应用的一些问题 - 例如在电动汽车领域 - 是阴极和电解质之间的界面兼容性差以及室温下的离子电导率低。
由拜罗伊特大学Seema Agarwal教授领导的一个国际团队现在已经开发出一种解决方案：一种由聚合物陶瓷复合材料组成的非常薄的固体电解质。研究人员在《先进能源材料》杂志上介绍了他们的发现。
研究人员开发的固体电解质是聚合物和陶瓷纳米纤维的组合。这种复合材料非常像涂层一样应用于阴极的多孔表面。在这里，它填充微小的空腔，形成与阴极稳定接触的固体电解质，厚度仅为约七微米。
与早期的固态电池相比，这种新系统的特点是电解质像外壳一样包裹着阴极颗粒。这创造了一个显著改进的界面，它具有激活阴极中离子的额外优势。由于这种修改，新的固体电解质增加了电池的能量存储容量。
这种超薄固体电解质与阴极相互作用的另一个主要优点是它大大提高了电池的运行可靠性。“使用液体电解质的传统锂离子电池反复会引起安全问题。电解液总是有泄漏的风险，导致电池短路和故障。手机、笔记本电脑和电动汽车已经因此起火，造成严重事故。
“另一个问题是阳极上锂的生长，即所谓的界面树突，它们刺穿电解质并可能导致短路或火灾。我们的超薄复合固体电解质消除了所有这些风险，或者至少大大降低了所有这些风险，它具有很高的热稳定性，“拜罗伊特大学大分子化学教授Seema Agarwal教授解释说。
这项新研究的主要作者Sivaraj Pazhaniswamy博士指出了另一个优势：“如果使用热稳定的固体电解质代替易燃液体电解质，则可以充分利用锂作为阳极材料。与传统液体电解质电池中使用的其他材料相比，锂具有高理论容量和低电化学势等极具吸引力的特性。
“现在我们的新固体电解质在与阴极的相互作用中表现如此出色，我们希望努力优化电解质和阳极之间的接触，具有类似的系统。