普林斯顿大学发现隐藏缺陷为电动汽车提供更好的固态电池

与传统的锂离子电池相比，固态电池的充电速度更快，续航里程更长，使用寿命更长，可以在电动汽车中发挥重要作用可是，由于目前有限的制造和材料加工技术，固态电池容易退化据国外媒体报道，研究人员发现了一个导致电池退化的隐藏缺陷接下来，将针对这些缺陷设计材料和技术，生产下一代电池

在固态电池中，带电粒子在固体材料中运动在传统的锂离子电池中，离子在液体中运动根据这一新发现，虽然固态电池具有优势，但固态材料的局部变化或微小缺陷都会导致电池磨损或短路

普林斯顿大学安德林格能源和环境中心的研究员凯尔西·哈泽尔说:如果你想让离子在空间的每一点都以相同的速度移动，那么使用均匀的材料就很重要。

研究人员利用阿贡国家实验室的高科技工具，检测和跟踪电池中纳米级材料在实际充放电时的变化研究团队代表普林斯顿工程，范德堡大学，阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室，讨论了电池固体电解质中由晶体组成的粒子这是电池的核心部分，电荷通过固体电解质移动

电池的电能储存在电极材料中，包括正极和负极当电池释放能量为车辆提供动力时，带电粒子将穿过电池到达正极或固体电解质是正负电极之间离子的移动路径没有电解质，离子就不能在正负电极之间移动并储存能量

在固态电池中，电解质通常是陶瓷或致密玻璃使用固体电解质的固态电池可以使用锂金属等能量密度更高的材料，使电池更轻，更小对于电动汽车等交通应用，重量，体积和充电容量是关键因素此外，固态电池比其他类型的电池更安全，更不容易着火

以前研究人员认为固态电池的电解液容易降解，而且似乎降解是随机的在这项研究中，研究人员怀疑固态电池的退化不是随机的，而是由电解质中晶体结构的变化引起的为了探索这一假设，研究人员使用阿贡实验室的同步加速器，借助强大的X射线观察电池的运行状态用X射线成像和高能衍射在埃尺度上研究了石榴石电解质的晶体结构因此，研究人员可以从晶体层面研究石榴石的变化

石榴石电解质由颗粒积木组成在单一电解质中几乎有30，000种不同的颗粒研究人员发现，在这3万个颗粒中，主要有两种结构排列可以以不同的速度移动离子此外，Hatzell表示，这些不同的形式或结构可能会导致应力梯度，导致离子向不同方向移动，或者使离子远离细胞部分

研究人员认为，电池中带电离子的运动就像水顺流而下，遇到岩石后再改变方向有大量离子通过的区域往往具有较高的压力Hatzell说:如果让所有的离子都通过一个区域，会导致电池的快速退化为了建造一个可以持续数千次充电循环的电池，需要控制电解液中离子运动的位置和方式

通过制造技术和添加少量不同的化学物质，可以控制颗粒的一致性，从而稳定电解液中的晶体形态研究人员表示，关于如何避免异质性，有许多未经验证的假设当然，这是有挑战性的，但也不是不能解决