锂离子电池在很小的空间内储存了大量的能量，是移动电子设备的首选能源。现在的手机、笔记本电脑、电动自行车、电动车都是这种电池。锂离子电池在小空间内储存大量能量，使其成为移动电子设备的首选能源。现在的手机、笔记本电脑、电动自行车、电动汽车都是用这种电池供电的。苏黎世联邦理工学院的研究人员现在已经开发出一种电池。与传统电池不同，它完全由固体化合物组成，不可燃。
传统的锂离子电池并非没有危险：手机电池过去曾多次爆炸，造成人员受伤。就在半年前，康斯坦茨湖畔诞生的斯特奇老城烧毁了一整排房子。起火原因是一款型号电池，因充电不当起火。
固态电池可以加热。
在传统的锂离子电池和大多数其他电池中，正负电极——两个电极——由固体导电化合物制成；在带电液体或凝胶电解质中在这些电极之间移动。如果您对电池充电不当(过度充电)或将其放在阳光下，液体会着火或凝胶会膨胀。
世界各地的研究实验室正在开发的固态电池并非如此：在这些类型的电池中，电极和中间电解质都由固体材料制成。“即使加热到高温或暴露在空气中，固体电解质也不会着火，”负责开发这种新电池的苏黎世联邦理工学院电化学材料教授詹妮弗鲁普解释道。
研究界面
开发固态电池的挑战之一是将电极和电解质连接起来，使电荷可以在它们之间以尽可能小的电阻循环。ETH的研究人员开发了一种改进的电极-电解质界面。
在实验室中，他们制造了一种三明治电池，其中包含一层含锂化合物(锂石榴石)，作为两个电极之间的固体电解质。锂石榴石是已知锂离子电导率最高的材料之一。
“在生产过程中，我们确保固体电解质层具有多孔表面，”鲁普集团的硕士生、该研究的作者之一Jan van den Broek说。研究人员随后以负粘附的形式应用负电极材料，使其渗透到毛孔中。最后，科学家们将电池的温度调整到100摄氏度。“使用液体或凝胶电解质，永远不可能将电池加热到如此高的温度，”范登布鲁克说。得益于微孔技术，研究人员能够显著扩大负极和固体电解质之间的接触面积，这最终意味着电池可以更快地充电。
更高的温度意味着更大的容量。
理论上，这种电池可以在正常的环境温度下运行，鲁普集团前研究科学家、现土耳其伊兹密尔理工学院教授塞米阿福恩说。然而，在目前的发展状态下，它们在95摄氏度以上的温度下工作得最好。“那么锂离子可以在电池中更好地移动，”阿菲永说。
这一特性可用于蓄电池储能发电厂，它储存多余的能量，并在以后需要时提供。“今天，许多工业过程产生的废热消失了，”阿菲永说。“通过将电池发电厂与工业设施连接起来，你就可以利用废热在最佳温度下运行储能工厂。”
新型薄膜电池
“今天许多固态电池研究项目都致力于改善电解质，”阿菲永说。然而，很少有这样的研究，科学家们组装了一个完整的固态电池-使用一种也用于工业生产的方法-并对其进行测试。
“在这项工作中，我们首次制作了整体式锂离子电池，它包含固体锂石榴石电解质和由氧化物基材料制成的固体负极。因此，我们已经证明，可以基于整个电池来构造整个电池。瑞士联邦理工学院的鲁普教授说。由于这种固体电解质，人们不仅可以在更高的温度下操作电池，还可以制作薄膜电池，甚至可以直接放在硅片上。
“这些薄膜电池可以完全改变便携式电子设备的能源供应，”鲁普说。她和她的团队将在进一步的研究中采用这种方法。为此，他们还与工业伙伴以及保罗谢勒研究所和Empa合作。下一步是优化电池，特别是进一步提高电极-电解质界面的导电性。
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