阿贡国家实验室和芝加哥大学的研究人员研发出一种新方法，可以提升全固态电池的能量密度和寿命。

研究团队以每分钟2000转的速度混合电池材料，持续五小时，从而引发了一个名为卤化物分离的过程。

“这些电池即使在100次充放电循环后性能依然保持完好。在450次循环后，性能仍维持在80%以上，”阿贡国家实验室称。

研究表明，这些电池的能量密度可以突破之前设定的理论极限。这些结果是在室温下实现的，根本不需要外部加热。

这项研究主要研究锂硫化学，它用的都是地球上储量很丰富的材料，能省成本。有了这些成果，团队就搞定了固态技术商业化路上两个最大的拦路虎。

高速搅拌会产生热量和剪切力，从而引起机械化学反应。反应期间，锂原子原本和氯或溴这类卤化物绑在一起，然后会跑到固态电解质和正极之间的界面上。

搞定固态电池设计里的界面难题

阿贡国家实验室的杰出研究员、芝加哥大学教授Khalil Amine说，要想让这些电池系统派上用场，就得先把这些界面管理好。界面上离子流动得更顺畅了，电池就能在几百次充放电循环里一直保持好性能。

全固态电池与传统锂离子电池不同，区别在于它们不含液体或凝胶材料。

这些电池由正极和负极组成，中间用固体电解质隔开。这种结构有几个好处：更安全、更轻、能量密度更高。

“然而，由于固体电解质与正极材料之间接触不良，开发全固态电池一直是个难题，”新闻稿补充道。

“这个糟糕的连接，也就是界面，会阻碍离子流动并影响它们的性能。”

尽管团队最初专注于硫，因为硫资源很丰富，但他们也测试了用硒和碲做的阴极。

跨化学领域的应用（原子级验证）

这些元素在混合过程后也出现了类似的卤化物分离现象，性能也提升了。这表明高速混合方法可以解决不同电池化学体系里的界面问题。

阿贡化学家徐桂良说，这一进步通过用现有材料提升了系统的性价比。

为了在原子级别观察卤化物偏析，研究人员在美国能源部科学办公室的研究设备中使用了多种成像技术。比如纳米材料中心的低温透射电镜，以及先进光子源的X射线吸收光谱成像。

这些工具让团队确认了锂原子迁移到了界面。这个过程做起来很简单，但带来的内部结构变化有助于离子移动。

这一发展为阻碍全固态电池商业化的接口难题有望解决。用机械工艺改善内部连接，研究团队制成了更稳定高效的电池核心。

研究人员表示：“高速混合可大幅提升电池系统性能，这对汽车和航空应用来说前景很好。”