鋰離子電池設計上的突破可能會導致下一代更安全、更可靠的固態動力電池。世界各地都在使用鋰離子電池為日常技術提供動力，包括電動汽車、電動工具、手機和筆記本電腦。

然而，不穩定和易燃的電解質，以及由此產生的界面，使這項技術的擴大具有挑戰性。

本周發表在《自然通訊》上的一篇新論文展示了如何設計新的固態材料來克服這些問題。鎢基和碲基雙鈣鈦礦材料可以組合使用，分別用作電極和電解液，形成更加兼容和穩定的界面。

PoojaGoddard博士和前拉夫堡化學同事StephenYeandel博士（現就職于謝菲爾德）是EPSRCSUPERGEN財團的一員，該財團支持謝菲爾德大學領導的研究，包括ISIS脈沖中子和μ介子源以及法拉第研究所哈維爾校區。

拉夫堡研究小組利用計算模型闡明了這兩種屬于同一晶體家族的材料的氧化還原特性，并表明，雖然鎢可以輕易改變理想的電極氧化狀態，但碲對適用于電解液的氧化還原循環具有抵抗力。

這些結果已被謝菲爾德和伊希斯中子設施的實驗小組證實。

由于這兩種材料來自同一類鈣鈦礦，它們的相容性大大提高，這使得制造下一代鋰離子固態電池成為可能。

戈達德博士說：“我們明確地展示了鋰離子在每種材料中的排列順序和局部結構的演變。

“更重要的是，我們展示了從W6+W5+W4+開始的明確的逐步變化，而對于Te類似物，我們發現Te6+不愿意形成Te5+，這表明Te類似物的氧化還原循環不太可能，這也得到了實驗驗證。”

該項目的下一階段將包括進一步調整材料，使之與界面相匹配，并專注于材料的可擴展性，以實現可行的制造，謝菲爾德大學已經在進行研究。

三維虛擬的固態電池

全固態鋰電池（ASSLB）是一種在研究界迅速崛起的替代品。與鋰離子電池不同，鋰離子電池的電極是固體的，電解液是液態的，在ASSLB中，電極和電解液都是固體，它們非常安全。然而，正是這種特性帶來了一個問題：在運行過程中，電解液和電極的體積會發生變化，特別是在高能蓄電池中。這可能導致其表面分離，從而導致性能不佳。

如果要開發高性能ASSLB，則需要詳細檢查接口處的復雜結構；大邱慶英科技研究所（DGIST）的李永民教授認為：“雖然大多數研究人員都專注于開發新材料或改善現有全固態鋰電池的性能，我們選擇了一個不同的路線，并決定尋找解決方案，以盡量減少電極和電池的設計缺陷。這讓我們不禁要問，“有沒有一種方法可以定量分析這些電池的缺陷？”

李教授和他的團隊找到了他們問題的答案，他們想出了一種巧妙的技術：一種三維數字孿生平臺，在這個平臺上，固體-固體界面的微觀結構可以呈現為真實物體的詳細三維復制品。他們的研究細節發表在愛思唯爾的《納米能源》雜志上。

利用這個平臺，李教授和他的團隊探索了氧化物基ASSLB的電極-電解質界面，可以說是最有前途的ASSLB。他們拍攝了選定目標區域的二維圖像切片，對圖像進行排序，以數字方式重建三維結構，然后進行結構分析。正如預期的那樣，他們發現ASSLB的比接觸面積遠小于鋰離子電池。這驗證了他們方法的有效性。

李教授對這些結果感到興奮，他解釋了這項技術的巨大潛力：“鑒于這項技術的廣泛適用性，我們確信它的好處可以擴展到所有含有電極的設備上。但目前，我們有信心，我們的技術將幫助研究人員節省時間和資金，同時在電池制造過程中輕松檢查缺陷，幫助優化設計，最終加快所有固態電池的商業化。”