2025-09-04
想象一下，如果手機電池不僅更安全、體積更小，而且充電一次可以用更久，那該多好！近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所科研團隊在全固態鋰電池領域取得新的突破，有望讓電子設備小型化、長續航的夢想成為現實。這一成果7月31日在國際學術期刊《自然—能源》發表。
手機、電腦和其它電子設備中使用的鋰離子電池，大多都是通過液體電解質來儲存和釋放能量。現在，科學家們正在研究一種新型電池——全固態鋰電池。這種電池使用固態電解質，而不是液體，這使得它們更安全，不會像液體電解質那樣容易泄漏或起火。
雖然全固態鋰電池聽起來很理想，但在研發中也面臨一些問題，主要是電池正極內部的不同材料在化學和物理性質上很難完美匹配，產生多種界面問題進而影響電池的能量密度和使用壽命。為了解決這個問題，科研團隊開發了一種新的材料——均質化正極材料（鋰鈦鍺磷硫硒）。
△復合正極和均質化正極在充電過程中微觀結構演變示意圖
與傳統材料相比，該材料具有高電導率、高能量密度、長使用壽命等優勢：
1. 高電導率：這種新材料兼具高離子電導率、高電子電導率，比傳統的電池材料（層狀氧化物正極材料）高出1000倍以上。這意味著，即便不依賴導電助劑，正極也能順暢地完成充放電過程，顯著提升了電池的整體性能。
2. 高放電比容量：新材料的放電比容量較高，達到250毫安時每克，超過了目前使用的高鎳正極材料。在相同的重量或體積下，新材料的電池能夠存儲更多的電能。不僅能夠讓電池在不頻繁充電的情況下持續運行更長時間，提高續航能力；而且減小電池的體積，有助于設計更緊湊的設備。
3. 低體積變化：在充放電過程中，新材料的體積變化僅為1.2%，遠低于傳統材料（層狀氧化物正極材料）的50%。這種微小的體積變化有助于維持電池結構的穩定性，從而延長電池的使用壽命。
4. 高能量密度：使用這種新材料的全固態鋰電池，其能量密度達到390瓦時每千克，是目前所報道長循環全固態鋰電池的1.3倍。
5. 長使用壽命：使用該材料的全固態鋰電池可以實現大于10000圈的超長循環，電池在經過5000次循環充電后，仍能保持80%的初始容量。能夠更長時間提供更充足的電量。
這項研究對開發高能量密度、長使用壽命的儲能設備，為新能源汽車、儲能電網、深海深空裝備等提供安全、耐久的動力源提供了技術支撐，對開發新型儲能體系等具有重要意義。
（總臺央視記者 帥俊全 李仲博）
