设计更好的固态电池的第一步

交通电气化是减缓气候变化的重要一步。为了提高电动汽车的动力、效率和安全性，研究人员必须继续开发更好的电池。

全固态锂电池(SSB)具有固体电解质而不是液体，比传统锂离子电池更安全，因为它们不易燃且在较高温度下更稳定。它们还可以具有比锂离子电池更高的能量密度，从而为便携式电子产品和其他应用提供更小尺寸的更持久的电池。

由波士顿东北大学的Joshua Gallaway和能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学家领导的研究小组最近测试了厚阴极的组成如何影响SSB中的电化学反应。该团队使用了高级光子源(APS)的资源，这是美国能源部位于阿贡的科学办公室用户设施。他们的发现发表在ACS Energy Letters杂志上。

Gallaway将电池与三明治联系起来 - 它们由一侧的阳极，另一侧的阴极，中间的隔板和整个电解质溶液组成。当电池供电时，锂离子通过电解质从阳极流向阴极。虽然SSB不需要传统的隔膜，因为电解质将阳极和阴极分开，但它们确实需要厚阴极。

在这项研究中，Gallaway和他的同事评估了由两种材料组成的厚阴极电池：称为LPSC的硫化物固体电解质和NMC(镍，锰，钴)阴极活性材料(CAM)。他们改变了这两种材料的成分，因此一些电池是80%的CAM，20%的LPSC，而另一些是70%的CAM，30%的LPSC和40%的CAM，60%的LPSC。然后，他们使用APS光束线6-BM-A的X射线成像和散射来测量阴极和固态电解质内的六个切片。

“如果你把阴极分成几片，你希望所有的片都一样，”加拉韦说。改变阴极的组成或厚度可以改变电化学反应发生的位置。

Gallaway与APS的物理学家John Okasinski合作，描述了电池中的电化学反应。

“当人们研究电池时，他们经常测量两个端子的功率。但是中间有一堆复杂的结构决定了电池的性能，“Okasinski说。通过使用穿透电池材料的X射线束，研究人员能够无损地研究电池每个区域的性能。

他们发现阴极成分对电化学反应的发生方式有巨大影响。例如，在具有 80% CAM 阴极的 SSB 中，离阳极最近的阴极切片首先反应，最远的阴极切片最后反应。但在具有 70% CAM 阴极的 SSB 中，最远的切片首先反应，最近的切片最后反应。

“反应是高度不均匀的 - 我们并没有真正看到它是均匀的情况，”加拉韦说。他还指出，这可能导致电池材料更快地降解。

Gallaway说，揭示电池内部的反应是如何发生的，是为电动汽车、便携式电子产品和其他应用设计更好的电池的重要一步。“全固态电池的设计方式将决定它们的应用将是什么，以及如何优化它们。

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