近期一項重大的科學突破可能會導致電動汽車、飛機和智能手機在單次充電下的使用壽命延長至三倍。來自中國科學院的研究人員聲稱，他們創造了一種新型自我修復介面，適用於全固態鋰電池。這一創新有望最終解決長期以來阻礙這些強大能源系統商業化的技術挑戰，使其從實驗室走向商業生產。
這項研究於 10 月 7 日發表，詳細說明了研究團隊如何開發出一種類似於「液體密封」的機制，自動填補固態電池內部的微小縫隙。此創新消除了現有設計所需的笨重設備和極端壓力，從而能夠維持穩定性。
與傳統的鋰離子電池依賴易燃液體電解質不同，固態電池使用固體材料在電極之間移動電荷。這一轉變不僅消除了漏液或失火的風險，還使得可以使用純鋰金屬，這種材料的能量存儲能力是當前電池組件的兩到三倍。然而，固態電池長期以來面臨一個持續的問題，其剛性層在充電過程中隨著材料的膨脹和收縮而分離，這會干擾電流的流動，縮短電池的壽命。
為了克服這一問題，中國團隊將碘離子引入固體電解質中。在電池運行時，這些離子會向電極和電解質之間的界面遷移，形成一層富含碘的薄膜。這層薄膜能夠主動吸引鋰離子，自動填補在使用過程中產生的微觀裂縫和孔隙。最終結果是一種自我修復的介面，能夠在沒有外部壓力的情況下保持各層之間的緊密連接。
這一創新向實際應用邁進了一步。馬里蘭大學的固態電池專家 Chunsheng Wang 表示，這一新方法「解決了長期以來阻礙全固態電池商業化的關鍵瓶頸，標誌著朝著實際應用邁出了決定性的一步。」他解釋道，傳統固態電池設計需要超過五兆帕的外部壓力，這大約相當於 50 個大氣壓，才能保持穩定。而中國團隊的創新「根本改變了這一困境」，他在《科技日報》中表示。
研究人員的測試顯示，使用這一新型自我修復結構製造的原型電池在經過數百次充放電循環後保持了穩定的性能。這一過程的製造也更為簡便，所需材料更少，未來的電池有望變得更耐用，並且更容易進行大規模生產。
如果這項技術能成功擴展，將有可能在多個行業引發能源存儲的革命。更高的能量密度意味著智能手機可以在充電之間運行數天，而電動汽車和飛機則能在單次充電的情況下行駛兩到三倍於當前模型的距離。自 1970 年代以來，科學家們一直在探索固態電解質，但有意義的進展直到 2010 年代才開始，這得益於新型陶瓷材料和先進的製造方法。
自那時以來，美國、日本和中國的主要汽車製造商和研究機構一直在全球競爭，旨在使這些電池變得穩定、經濟且準備好進入市場。中國研究人員警告說，他們的技術仍處於早期階段，能夠處理數千次充電循環的大型電池將需要更多的測試和改進。在與研究一同發表的評論中，Wang 指出，未來的研究必須集中在增加容量和在更苛刻的條件下證明可靠性上。儘管如此，他表示，自我修復設計可能會「改變」全固態鋰電池的發展，並「加速其大規模商業化」的進程。這項研究發表在《自然可持續性》期刊上。
