研究团队支持固态电池制造的等静压

经过数月的有希望的测试结果，能源部橡树岭国家实验室的电池研究人员建议固态电池行业关注一种称为等静压的技术，因为它希望将下一代电池商业化。

固态电池的商业规模生产是电动汽车制造商的目标，因为与目前市场上的锂离子电池相比，这些电池具有充电速度更快、寿命更长和运行更安全的潜力。

在ACSEnergyLetters的一篇焦点评论论文中，ORNL研究人员建议关注研究较少的等静压方法。该过程使用机器内的液体和气体(如水、油或氩气)在电池组件上施加一致的压力，从而产生高度均匀的材料。在生产这种压制设备的行业合作伙伴的帮助下，ORNL研究人员发现，等静压可以使电池生产更容易、更快，同时为能量流动创造更好的条件。

当电池充电或放电时，离子会穿过正极和负极之间的电解质，正极和负极由金属薄层构成。在为从手机到电动汽车等各种设备提供动力的锂离子电池中，电解质是一种液体，离子可以轻松穿过该液体。不幸的是，如果电池层之间的分离受到损害，这种液体也会溢出或点燃。

ORNL的MarmDixit及其同事发现，等静压可以产生固体、均匀的电解质薄层，保持层与层之间的高水平接触以实现平稳的离子运动。该方法适用于不同温度和压力下的各种电池组合物。

在令人鼓舞的结果中，发现等静压在低温和软电解质材料下非常成功，这些材料更容易加工并且具有有利于离子运动的晶体结构。以前电池的等静压主要是在极端条件下完成的：非常高的温度或室温，但不会介于两者之间。

“所有这些材料都有研究人员想要利用的独特优势，”迪克西特说。“这就是为什么你可以在从室温到几千华氏度的任何地方进行等静压是很重要的：这意味着你可以使用从聚合物到氧化物的任何材料，所有材料。”

Dixit说，这种多功能性对于正在开发的各种固态电池设计和材料保持一致的制造工艺至关重要。等静压技术也相对容易在商业上扩大规模——随着公司竞相向汽车制造商供应固态电池，这一发现引起了广泛关注。几家领先的汽车公司已宣布打算在几年内销售使用固态电池的电动汽车。

ORNL公司研究员兼电气化部门负责人IliasBelharouak表示，固态电池技术需要完善以适应大规模制造。“别搞错了，所有固态电池都在长途跋涉，”他说。“但等静压技术如果具有可扩展性，将提供一种无需不切实际的外部压力即可组装电池层的方法。”

几十年来，等静压一直用于熔接和连接材料。最近，它已成为消除3D打印部件中的空隙和异常的工具。然而，其对电池应用的测试受到限制。

ORNL的研究人员表示，等静压还可以将这三个电池层制造为一个单一的致密系统，而不是在将它们连接起来之前单独创建它们。

在ACSEnergyLetters论文中，Dixit的团队强调了追求可以扩大制造规模的固态电池的重要性。他们写道：“有效应对这一挑战将使能量密集型固态电池能够满足便携式电子产品、电网存储、电动汽车甚至(航空)应用的新兴需求，从而使当今的电池技术跨越到未来几十年。”

ORNL的研究人员正在继续进行测试，以了解哪种压制温度和压力组合最适合不同的材料，以及这些因素如何影响质地。“等静压可以改变质地——问题是它是否可以主动控制它，”迪克西特说。“操纵晶体结构的能力将对固态电池产生重大好处。”