科学家开发出可保持体积不变的电极材料 或用于电动汽车固态电池

固态电池，即电解质由固体而不是液体材料组成的电池在未来的能源储存应用中具有巨大的潜力，但一直被影响其寿命的稳定性问题所困扰。一个新的设计指出了这个问题的新解决方案，该团队开发了一种新型电极材料，在整个充电过程中保持其体积，使电池能够承受数百次循环。

用固态电池替代现在的锂离子电池来驱动电动汽车或智能手机好处很多，使用时间长，充电时间短，然而，它们的稳定性问题与充电期间锂离子进出电池电极的运动有关，这导致它们膨胀和收缩，最终改变了设备的化学性质，随着时间的推移容量下降明显且寿命较短。

一个国际科学家团队为这些电池设计了一种新的电极，据称可以提供前所未有的稳定性。该材料由钛酸锂和二氧化钒锂构成，被研磨成纳米级的颗粒。作为电池电极，这种材料可以提供高容量，并使锂离子在充电和放电过程中可逆地加入和提取。

这带来了一种在运行期间可以保持电池充放电容量不退化的电极材料，科学家们将其归结为一种微妙的平衡行为，当锂离子退出时，钒离子从其原来的位置迁移以填补这些空位。

领导这项研究的日本横滨国立大学的Naoaki Yabuuchi教授说："当收缩和膨胀得到很好的平衡时，在电池充电或放电时，即在循环过程中，尺寸稳定性得以保留。预计通过进一步优化电解质的化学成分，可以开发出一种真正的尺寸不变的材料--一种在电化学循环中保持其体积的材料"。

这种新型电极材料在固态电池单元中进行了测试，其表现令人印象深刻，具有300mAh/g的高容量，也许最重要的是，在400次充放电循环中完全没有退化。

研究报告的作者Neeraj Sharma副教授说："在400次循环中没有容量衰减，这清楚地表明，与那些报告的带有分层材料的传统全固态电池相比，这种材料的性能更优越。"

该团队计划继续完善该电解质，以催生服务于电动汽车所需的各种电池，并使其具有更高的安全性和寿命。这可能意味着不仅仅是我们今天看到的电动车，而是帮助迎来一个新的时代，在这个时代里，电动车的充电速度更快，行驶的距离更远。

Yabuuchi说："这一发现可以大幅降低电池成本。实用的高性能固态电池的发展也可以导致先进电动汽车的发展。例如，在未来，可能有可能在短短五分钟内为电动汽车完全充电"。

这项研究发表在《自然材料》杂志上。

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