美國芝加哥大學 Argonne 國家實驗室 全固態硫電池 450 次循環後容量維持逾 80%

芝加哥大學與 Argonne 國家實驗室的研究團隊開發出一種提升全固態電池能量密度與壽命的方法。他們以每分鐘 2,000 轉的速度攪拌電池材料 5 小時，觸發鹵化物分離過程。根據 Argonne 國家實驗室的新聞稿，這些電池經 100 次充放電循環後仍維持完整性能，450 次循環後性能亦保持在 80% 以上。此研究顯示，電池能量密度可超越先前理論上限，且在室溫下達成，無需外部加熱。

解決固態電池介面挑戰

研究聚焦鋰硫化學體系，利用地球上豐富材料降低生產成本。高轉速攪拌產生熱量與剪切力，引發機械化學反應。在此過程中，與氯或溴等鹵素結合的鋰原子移至固態電解質與陰極介面。Argonne 傑出研究員兼芝加哥大學教授 Khalil Amine 表示，管理這些介面對實現電池系統至關重要。優化介面離子流動，讓電池在數百次循環中維持性能。 全固態電池不同於傳統鋰離子電池，不含液態或膠態材料，由陰極、陽極與固態電解質組成，提供更高安全性、更輕重量及更高能量密度。

然而，固態電解質與陰極材料的連接不佳——即介面問題——會阻礙離子流動並降低性能。團隊最初針對硫進行測試，亦驗證硒與碲陰極經相同攪拌後展現類似鹵化物分離與性能提升，顯示此法適用多種電池化學體系。 Argonne 化學家 Guiliang Xu 指出，此進展利用現有材料提升系統成本效益。研究團隊運用能源部科學辦公室用戶設施，包括納米尺度材料中心的低溫透射電子顯微鏡及先進光子源的 X 射線吸收光譜成像，在原子層級驗證鋰原子移位。

高轉速攪拌操作簡單，卻帶來內部結構改善，有助離子移動。此機械製程為全固態電池商業化障礙提供潛在解決方案。