KAIST发明氧锚定技术 提高固态电池空气稳定性和充电速度

盖世汽车讯 人们对全固态电池——低火灾风险的“梦想电池”——的期望日益高涨，它不仅适用于电动汽车，也适用于机器人和城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）等诸多领域。据外媒报道，韩国科学技术院（KAIST）的研究团队提出了一种新的设计原理，该原理同时克服了固态电解质的局限性，固态电解质此前易受空气影响且性能低下。这项技术因其能够提高电池安全性和充电速度而备受关注，展现了下一代全固态电池商业化的可行性。

图片来源：KAIST

该研究团队由材料科学与工程系的Dong-Hwa Seo教授领导，并与东国大学（Dongguk University）、延世大学（Yonsei University）和忠北国立大学（Chungbuk National University）的研究团队进行了合作。他们研发的这项技术即使在暴露于空气中也能保持结构稳定性，同时显著提高离子电导率。相关论文发表于期刊《Advanced Energy Materials》。

与使用液态电解质的传统锂离子电池不同，全固态电池因其低起火风险而被视为下一代电池的代表。其中，卤化物基固态电解质——含有氯（Cl）和溴（Br）等卤素元素——因其高离子电导率而具有优异的性能。然而，这类材料难以制造和处理，因为它们对空气中的水分非常敏感，水分会迅速降低其性能。

为了解决这个问题，研究团队引入了一种名为“氧锚定（oxygen anchoring）”的新型结构。该方法通过将氧稳定地结合在电解质内部，增强其结构完整性，其中钨（Tungsten）元素起着关键作用。由此产生的电解质即使在暴露于空气的环境中也能保持稳定的结构，不会发生坍塌。

此外，研究团队在提高稳定性的同时，也提升了电池的性能。电解质内部结构的改变拓宽了锂离子的传输路径，使其移动更加顺畅，从而提高了离子迁移速度。经证实，这种含氧材料的离子电导率比传统的锆（Zr）基卤化物固体电解质高约2.7倍。

这项技术的另一特点是它不局限于特定材料。研究团队将相同的策略应用于多种卤化物固体电解质，包括锆（Zr）、铟（In）、钇（Y）和铒（Er）基电解质，并证实了类似的效果。这表明它是一种适用于多种电池材料的“通用设计原则”。

研究团队期望这项技术能够促进兼具空气稳定性和高性能的固体电解质的开发。

Dong-Hwa Seo教授表示：“这项研究提出了一种新的材料设计原则，通过结构设计策略同时提高空气稳定性和离子电导率，从而优化多种性能。它将成为未来全固态电池研究和工艺开发的关键指标。”