这些光盘用于测试研究人员对固体电解质电池的处理方法。左边是固体电解质本身的样本，一种被称为LLPO的材料。在中间，同样的材料涂有他们测试中使用的阴极材料。在右边，LLPO材料镀了一层金，用来帮助测量它的电特性。在不增加重量或体积的情况下，不断探索将更多能量装入电池的过程中，一项特别有前途的技术是固态电池。在这些电池中，通常在电极之间来回携带电荷的液体电解质被固体电解质层取代。这种电池不仅可以提供两倍于其体积的能量，而且几乎可以消除与今天的锂离子电池相关的火灾隐患。但有一件事阻碍了固态电池的发展:固体电解质层和两侧两个电极之间的边界不稳定会大大缩短这种电池的寿命。一些研究已经使用特殊涂层来改善层之间的结合，但是这增加了制造过程中额外涂层步骤的费用。现在，麻省理工学院和布鲁克海文国家实验室的一组研究人员已经找到了一种方法，可以达到或超过涂层表面的耐用性，但不需要任何涂层。
这种新方法只需要在一个关键的制造步骤(称为烧结)中消除任何二氧化碳，在这个步骤中，电池材料被加热，以在阴极和电解质层之间建立粘合，电解质层由陶瓷化合物制成。即使二氧化碳在空气中的含量以百万分之几来衡量微乎其微，它的影响却是巨大而有害的。研究人员说，在纯氧中进行烧结步骤会产生与be st涂层表面性能相匹配的结合，而没有涂层的额外成本。
这些发现发表在《先进能源材料》杂志上，论文由麻省理工学院博士生Younggyu Kim，伊尔迪兹大学核科学与工程和材料科学与工程教授，以及布鲁克海文国家实验室的Iradikanari Waluyo和Adrian Hunt撰写。
“长期以来，固态电池因各种不同的原因而备受青睐，”伊尔迪兹说。“固体电池的关键激励点是它们更安全，能量密度更高，”但她说，两个因素阻碍了它们的大规模商业化:固体电解质的电导率较低，以及界面不稳定问题。
根据伊尔迪兹的说法，电导率问题已经得到有效解决，合理的高电导率材料已经得到证实。但是克服界面上出现的不稳定性要困难得多。这些不稳定性可能发生在这种电池的制造和电化学操作过程中，但目前研究人员已经将注意力集中在制造上，特别是烧结过程。
之所以需要烧结，是因为如果陶瓷层只是简单地相互压在一起，它们之间的接触就很不理想，会有太多的间隙，而且界面上的电阻很高。陶瓷材料的烧结通常在1000摄氏度或以上的温度下进行，这使得每种材料中的原子迁移到另一种材料中形成键。该小组的实验表明，在温度超过几百度的任何地方，都会发生有害的反应，增加界面的电阻——但只有在二氧化碳存在的情况下，即使是微量的。他们证明，避免使用二氧化碳，特别是在烧结过程中保持纯氧气氛，可以在高达700度的温度下产生非常好的结合，没有有害化合物形成。
伊尔迪兹说，使用这种方法制作的阴极-电解质界面的性能“可与我们在文献中看到的最佳界面电阻相媲美”，但这些都是通过使用额外的涂层步骤实现的。"我们发现你可以避免额外的制造步骤，这通常是昂贵的."
固态电池在能量密度方面的潜在收益来自于这样一个事实，即它们能够使用纯锂金属作为电极之一，这比目前使用的由注入锂的石墨制成的电极轻得多。
该小组目前正在研究这种电池性能的下一部分，即这些结合如何在电池循环过程中长期保持。她说，与此同时，新发现可能会迅速应用于电池生产。“我们提出的是一种相对简单的电池制造工艺。它不会给制造增加太多的能量损失。因此，我们相信它可以相对容易地应用到制造过程中，”他们计算过，增加的成本应该可以忽略不计。
像丰田这样的大公司已经开始将固态锂离子电池的早期版本商业化，这些新发现可能会迅速帮助这些公司提高该技术的经济性和耐用性。
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