电动汽车被广泛认为是我们用更环保的替代品取代传统汽车的最佳选择。然而，电动汽车和其他电动汽车很可能使用锂离子电池，目前这种电池在合理的价格下无法提供必要的性能和耐久性。

然而，在过去几年里，固态电池(SSBs)在寻找替代品的研究人员中获得了很大的吸引力。传统的锂离子电池含有液体电解质，锂离子在充放电过程中流动，而ssb完全由固体材料制成。除了在操作安全性方面的巨大改进——因为这些电池被刺穿时不会泄漏有毒液体——ssb还可以更快地充电。

但到目前为止，ssb存在一个未解决的问题，限制了它们的耐用性。当锂离子被插入或从电池的电极中取出时，材料的晶体结构会发生变化，使电极膨胀或收缩。这些体积的反复变化会破坏电极和固体电解质之间的界面，并导致电极的晶体化学发生不可逆的变化。

新型电极材料

在此背景下，日本横滨国立大学Naoaki Yabuuchi教授领导的科学家团队研究了一种在SSBs中具有前所未有稳定性的新型正极材料。他们的工作今天发表在《自然材料》杂志上，由澳大利亚悉尼新南威尔士大学的副教授Neeraj Sharma和日本LIBTEC的Takuhiro Miyuki博士共同撰写。

研究团队重点研究的材料是Li8/7Ti2/7V4/7O2，这是一种由优化部分的钛酸锂(Li2TiO3)和二氧化钒锂(LiVO2)组成的二元体系。当球磨成纳米级的适当颗粒尺寸时，由于其大量的锂离子可以在充放电过程中可逆地插入和提取，这种材料具有高容量。

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与其他正极材料不同，Li8/7Ti2/7V4/7O2具有一种特殊的特性，使其与众不同:它在充满电和完全放电时具有几乎相同的体积。研究人员分析了这种性质的起源，并得出结论，这是锂离子插入或从晶体中提取时发生的两种独立现象之间微妙平衡的结果。

一方面，锂离子的去除或“deliation”会导致晶体中自由体积的增加，从而使其收缩。另一方面，一些钒离子从原来的位置迁移到锂离子留下的空间，在这个过程中获得了更高的氧化态。这会引起与氧的排斥相互作用，进而产生晶格的膨胀。

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，尺寸稳定性得以保持。”

“我们预计，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。”

优越的电池性能

研究团队将这种新型正极材料与合适的固体电解质和负极结合，在全固态电池中进行了测试。该电池的容量为300 mA.h/g，在400次充放电循环中没有退化。

“超过400个周期的容量衰减的缺失清楚地表明，这种材料的性能优于那些报道的传统全固态电池与分层材料，”A/教授。沙玛说。

“这一发现可以大幅降低电池成本。开发实用的高性能固态电池也可以带动先进电动汽车的发展。”

通过进一步改进尺寸不变的电极材料，很快就有可能制造出在价格、安全性、容量、充电速度和寿命方面足够适合电动汽车的电池。

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Yabuuchi教授说:“长寿命和高性能固态电池的开发将解决电动汽车的一些问题。”

“例如，在未来，完全充满一辆电动汽车可能只需要5分钟。”

研究人员迫切希望看到这一领域取得更多进展，加快电动汽车的普及，并为地球建设一个更绿色的未来。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。