28日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校馬騁教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)球差校正電鏡的原子尺度觀測(cè)，研究了空間電荷層對(duì)全固態(tài)鋰電池中離子傳輸?shù)挠绊?，并發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的微觀機(jī)理和過(guò)往幾十年的認(rèn)知截然不同。研究成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。
相比于目前的商業(yè)化鋰離子電池，全固態(tài)鋰電池具有更好的安全性和更大的能量密度提升空間。在這種電池中，空間電荷層可以產(chǎn)生于各種固—固界面附近。之前研究者普遍認(rèn)為，空間電荷層對(duì)離子遷移的影響只由鋰離子的濃度決定：鋰離子濃度高則有利于離子遷移，鋰離子濃度低則不利于離子遷移。為了透徹理解空間電荷層對(duì)離子傳輸?shù)膶?shí)際影響，需要對(duì)材料進(jìn)行原子尺度的直接觀測(cè)。
研究人員以經(jīng)典固態(tài)電解質(zhì)的晶界作為研究對(duì)象。在此前的認(rèn)知中，該材料之所以具有過(guò)大的晶界電阻，是因?yàn)榭臻g電荷層在晶界附近形成了鋰離子濃度極低的區(qū)域，從而限制了離子遷移效率。而馬騁團(tuán)隊(duì)通過(guò)球差校正電鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，晶界附近的鋰離子濃度反而高于材料中的平均水平，并精準(zhǔn)確定了這些多余鋰離子在晶格中的位置。結(jié)合理論計(jì)算和電化學(xué)測(cè)試，他們發(fā)現(xiàn)這種晶體結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高效的離子傳輸，和文獻(xiàn)中被普遍接受的假想截然相反。這一發(fā)現(xiàn)修正了關(guān)于空間電荷層的認(rèn)知，也為全固態(tài)電池的界面優(yōu)化提供了指導(dǎo)法則。
