打造更好的電池　半導體晶片打下優秀基礎

編譯／高晟鈞

長期用於電腦晶片製造的塗層技術，可以使電池有更強的充電壽命，並且更容易被製造。日前，美國能源部的國家實驗室成功將此技術應用於所有由固體材料製成的電池中。

一種有前途的固態材料

與傳統的鋰電池（液態電解質）相比，固態電池具有更大的優勢，包括更高的安全性、多次充電能力和單位體積儲電能力，以上優點最大體現在電動車的開發上。

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Argonne國家實驗室將實驗重點放在──銀礦汞上，一類含硫的固態電解質。銀礦汞相對於其他固態電解質而言，它具有更高的離子導電率，這會體現在電動車更快的充電速度上。另一方面，銀礦汞更便宜，也更容易加工成電池。

然而，由於銀礦汞容易與空氣作用，因此很難在電池工廠中處理。此外他們也很容易與鋰金屬電極反應，並產生降低電解質品質的化學物質。最終，這些反應會減慢鋰離子的傳輸，降低電池性能，並產生枝晶。枝晶會大大降低電池的安全性與壽命。最終，研究團隊決定採用晶片生產過程中的──原子層沉積方法。

塗層方法被證明是有效的

然而，對顆粒進行大規模塗層是很難的。顆粒需要進行分批塗層，而這會增加製造成本。

研究團隊將粉末狀的銀汞礦電解質，以暴露在水蒸氣與三甲基鋁的方式中加熱，並在所有單獨的電解質顆粒上產生一層薄薄的氧化鋁圖層。研究人員透過兩種光學技術──透射電子顯微鏡與能量散射X射線，確保電解質上的塗層不會破壞底層銀礦的結構，並與電極接觸良好。

接下來，研究人員將塗層粉末壓製成顆粒，並將顆粒裝入實驗室規模的電池中，該電池的陽極（負極）由鋰金屬製成。他們反覆對這種電池以及另一種由未塗覆電解質製成的電池進行充電和放電，以比較它們的性能。

意想不到的優勢

研究團隊發現，塗層顯著降低了電解質與鋰陽極的反應性，甚至，離子導電率增加了一倍之多。另外，它還降低了電子從電解質中洩漏的速率。這很重要，因為洩漏電子被認為會導致形成枝晶的反應。

研究的成功開闢了一條新的研究路線。科學家可以將塗層技術，使不同的電解質和塗層結合使用，進而推動各種固態電池技術的發展。

資料來源:TechXplore

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