固態電解質迎來了春天——鋰基材料的開發！

醯胺 - 硼氫化鋰為固體電解質的發展指明了方向。這種材料的晶體結構是由兩個子晶格組成的，如圖上所示，這兩種晶格是以不同的顏色顯示的。在合適的條件下，通常在一個子晶格（黃色）的基本單元中就會發現一個鋰離子（紅色），其可以移動到第二子晶格（藍色）的空白單元，並且可以在這些空格（藍色）中自由傳播。 （資料來源：IFJ PAN）

【據AZOM報道】當今的世界是電子時代，攜帶型電子設備隨處可見，如攝像機，相機，筆記本電腦，平板電腦以及智能手機。其中，這些器件中的一部分是由鋰離子電池供電的，並且如果將其包含的液體電解質換成固體電解質，該電池的使用將會更安全，質地更輕，體積更小以及效率更高。

來自瑞士和波蘭的物理學家提出一類基於鋰化合物的新材料，該材料在學術界被認為是固態電解質的為未來。

可商購的鋰離子電池包括通過液體電解質連接的兩個電極。而這種電解液的存在會使得電池的重量和尺寸增大，另外還會存在液體泄漏問題，這給工程師帶來了很大的困難;暴露電極中的鋰在接觸到空氣中的氧氣後會發生自燃現象。幾個月來引起了夢幻客機全面飛行的波音的煩惱，被認為是當前使用現代鋰離子電池所帶來的問題中的典型案例。

多年來，實驗室一直在尋找有希望的可以替代液態電解質的固體材料。其中最常見的候選鋰離子固體化合物是被硫或氧離子包圍的。然而，瑞士波蘭科學家團隊在「能源材料」雜誌上提出了一類新型的離子化合物，其中電荷載體是在胺（NH2）和四氫硼酸根（BH4）離子的環境中運行的鋰離子。

研究項目的實驗部分是在Empa，瑞士聯邦Dübendorf材料科學與技術實驗室和日內瓦大學（UG）進行。來自克拉科夫的波蘭科學院核物理研究所的Zbigniew Lodziana教授負責對導致新材料非常高的離子電導率的理論機理進行描述。

所在地為克拉科夫的波蘭科學院核物理研究所的Zbigniew Lodziana教授（IFJ PAN）表示：我們目前正在處理醯胺 - 硼氫化鋰，而這種物質在以前是被視為離子導體不好的物質。其組成是由兩種組分以1∶3的比例研磨製成的。迄今為止，沒有人可以測試出當這些組分之間的比例改變時離子電導率會發生怎樣的變化。而我們是第一個做該項目研究的人，偶然情況下，通過將NH2組的數量減少到一定的限度，我們發現材料的電導率可以顯著提高。因為其電導率增加了很多，使其變得與液體電解質的電導率相當！

新材料的離子電導率提高了幾十倍，這是尋找最佳固體電解質的一個新的未開發的方向 - 其成分比例發生變化的影響。此前，世界各地，研究重點幾乎完全是化學物質組成的變化。現在顯而易見的是，在化合物的生產階段，通過調節製備它們所用成分的比例對項目的研究是起著多麼重要的作用啊！

Zbigniew Lodziana又說：我們的醯胺 - 硼氫化鋰目前是新一類固態電解質材料中最具有代表性的。然而，要利用這樣的化合物建成的電池，並投入使用還需要一段時間。因為還存在著許多問題，例如，電解液和電極之間不應有化學反應，否則會導致其降解。而針對這個問題目前研究人員還在尋求最佳解決方案。

該研究的前景證明是有希望的。而且來自Empa，UG和IFJ PAN的科學家並沒有限制自己僅僅表徵新材料的物理化學性質。並且該化合物在典型的Li4Ti5O12半電池中用作電解質。其半電池功能非常好，在運行和充電400次的測試中確定了其可以保持穩定性。為了解決另一個重大問題，我們目前已經有了可行的步驟。僅在約40℃下，該出版物中所描述的醯胺 - 硼氫化鋰顯示出異常的離子電導率。而在最近的實驗中，我們已經可以在室溫以下的溫度發現這種異常離子電導率的現象。

然而，新材料在理論上仍然是一個挑戰。到目前為止，研究人員已經開發了用於在原子環境中鋰離子行進的物質的模型。離子在輕分子之間穿行，當改變其行進方向時，可以很容易地緩解新材料中鋰運動。

Zbigniew Lodziana說:「在之前所提出的模型中，優異的離子電導率是對材料晶格的具體構造的測試結果。並且這個網路實際上由兩個子網格組成的。結果證明，鋰離子存在於僅一個子晶格的基本單元中。然而，子晶格之間的擴散勢壘較低。在合適的條件下，離子會行進到第二個空的子格子中，在那裡它們可以非常自由地移動。」

新材料的一些觀察特徵僅由本文所提供的理論描述來解釋。負責其提高的電導率的機制確實是更複雜。他們接下來的一步應該主要是加速尋找固態電解質的最佳化合物，並隨後縮短主要用於改變攜帶型電子產品新電源的商業化過程。

文章來自azom，原文題目為Lithium-Based Materials are Promising Candidates for Solid-State Electrolyte,由材料科技在線匯總整理。

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