Credit:来自东京工业大学全固态电池研究所的小林茂(Shigeru Kobayashi)和麻生仁(Taro Hitosugi)现在离成为下一代电子产品的生力军又近了一步，因为来自东京理工大学、国家先进工业科学技术研究所(AIST)和山形大学的研究人员推出了一项恢复其低电阻的策略。他们还探索了潜在的还原机制，为更基本地理解全固态锂电池的工作原理铺平了道路。全固态锂电池已经成为材料科学和工程领域的新热点，因为传统的锂离子电池已经不能满足先进技术的标准，例如电动汽车，它需要高能量密度、快速充电和长循环寿命。全固态电池使用固体电解质代替传统电池中的液体电解质，不仅符合这些标准，而且相对更安全、更方便，因为它们有可能在短时间内充电。
然而，固体电解质有其自身的挑战。事实证明，正极和固体电解质之间的界面显示出较大的电阻，其来源尚不清楚。此外，当电极表面暴露在空气中时，电阻增加，降低了电池容量和性能。虽然已经进行了几次尝试来降低电阻，但没有一次成功地将其降低到10ωcm2(欧姆厘米平方)，这是报告的不暴露于空气时的界面电阻值。
现在，在最近发表在《ACS应用材料与界面》杂志上的一项研究中，由日本东京工业大学(东京理工大学)的麻生仁教授和东京理工大学博士生小林茂树领导的研究团队可能已经最终解决了这个问题。通过建立恢复低界面电阻的策略以及揭示导致这种降低的机制，该团队为高性能全固态电池的制造提供了宝贵的见解。这项研究是东京理工大学、AIST大学和山形大学联合研究的结果。
首先，该团队制备了薄膜电池，包括锂负极、钴酸锂正极和Li3PO4固体电解质。在完成电池的制造之前，该团队将钴酸锂表面暴露在空气、氮气(N2)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)和水蒸气(H2O)中30分钟。
令他们惊讶的是，他们发现与未暴露的电池相比，暴露于N2、O2、CO2和H2不会降低电池性能。“只有H2O蒸汽会强烈降解Li3PO4-LiCoO2界面，并将它的电阻大幅提高到比未暴露界面高10倍以上的值，”Hitosugi教授说。
该团队接着进行了一个名为“退火”的过程，在这个过程中，样品以电池的形式在150℃下进行了一个小时的热处理，也就是说，沉积了负极。令人惊讶的是，这将电阻降至10.3ωcm2，与未曝光电池相当。
通过进行数值模拟和尖端测量，该团队随后揭示了这种减少可能归因于退火过程中锂钴氧结构内质子的自发移除。
“我们的研究表明，LiCoO2结构中的质子在回收过程中起着重要作用。我们希望这些界面微观过程的阐明将有助于拓宽全固态电池的应用潜力，”Hitosugi教授总结道。
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