佐治亚理工学院 固态电池在佐治亚理工学院设计的定制硬件中充电和放电
此处显示的一个较小的修改版本的单元用于在循环过程中对这些材料进行成像
信用:马修·麦克道尔，佐治亚理工学院 一个研究小组使用x光断层扫描技术，观察了固态锂电池充放电时内部材料的演变
这项研究的详细三维信息有助于提高电池的可靠性和性能，这种电池使用固体材料来替代现有锂离子电池中易燃的液体电解质
同步加速器x光计算机显微成像揭示了电极材料在锂/固体电解质界面的动态变化如何决定固态电池的行为
研究人员发现，电池运行导致界面形成空隙，从而造成接触损失，这是电池失效的主要原因
乔治·W·华盛顿大学的助理教授马修·麦克道尔说:“这项工作为电池内部发生的事情提供了基本的理解，这些信息对于指导未来几年将这些电池推向商业现实的工程努力应该是很重要的。”
佐治亚理工学院的伍德拉夫机械工程学院和材料科学与工程学院
“我们能够准确理解界面上空隙的形成方式和位置，并将其与电池性能联系起来
" 这项由国家科学基金会、斯隆研究基金和空军科学研究办公室支持的研究将于1月28日发表在《自然材料》杂志上
锂离子电池现在被广泛应用于从移动电子设备到电动汽车的所有领域，它依靠液体电解质在充电和放电周期中在电池内的电极之间来回携带离子
液体均匀地覆盖在电极上，允许离子自由移动
相反，快速发展的固态电池技术使用固体电解质，这将有助于提高能量密度，提高未来电池的安全性
但是从电极中去除锂会在界面上产生空隙，导致可靠性问题，从而限制电池的工作时间
用x光断层扫描重建的电池内锂/固体电解质界面的三维视图
信用:马修·麦克道尔，佐治亚理工学院 “为了应对这种情况，你可以想象通过不同的沉积过程来创建结构化界面，以试图在循环过程中保持接触，”麦克道尔说
“对这些接口结构的仔细控制和工程设计对于未来固态电池的发展非常重要，我们在这里学到的知识可以帮助我们设计接口
" 佐治亚理工学院的研究小组，由第一作者和研究生杰克·刘易斯领导，建造了大约两毫米宽的特殊测试单元，设计用于在先进的光子源，阿贡国家实验室的一个同步加速器设备，美国的一个实验室进行研究
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能源部科学办公室设施位于芝加哥附近
该小组的四名成员在为期五天的密集实验中研究了电池结构的变化
“该仪器从不同的方向拍摄图像，你可以使用计算机算法重建它们，提供电池随时间变化的三维图像，”麦克道尔说
“我们在给电池充电和放电时进行了成像，以观察电池工作时内部的变化
" 因为锂很轻，用x光成像很有挑战性，需要对测试电池进行特殊设计
阿尔贡使用的技术类似于医学计算机断层扫描
“我们没有对人成像，而是对电池成像，”他说
由于测试的局限性，研究人员只能在一个周期内观察电池的结构
在未来的工作中，麦克道尔希望看到在额外的周期中会发生什么，以及结构是否以某种方式适应空洞的产生和填充
研究人员认为，该结果可能适用于其他电解质配方，并且该表征技术可用于获取其他电池工艺的信息
电动汽车的电池组在预计的150，000英里的使用寿命内必须能承受至少1000次循环
虽然带有锂金属电极的固态电池可以为给定尺寸的电池提供更多能量，但这一优势不会超越现有技术，除非它们能够提供相当的寿命
“我们对固态电池的技术前景非常兴奋，”麦克道尔说
“在这一领域有大量的商业和科学利益，来自这项研究的信息应该有助于推动这项技术走向广泛的商业应用
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