外媒报道，由德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin,）牵头，四所大学和三个国家实验室组成的研究团队开发出新型固态电池技术，在提升电池性能的同时降低了制造成本。固态电池是一种新兴的储能技术，有望显著提升无人机、电子产品和电动汽车的性能。
图片来源： 德克萨斯大学奥斯汀分校
“下一代电池发展的关键在于实现全固态化，从而提高安全性并提升能量密度，”科克雷尔工程学院沃克机械工程系（Cockrell School of Engineering's Walker Department of Mechanical Engineering）教授David Mitlin表示，“然而，在全固态电池实现广泛商业化之前，还有许多工作要做。”相关论文已发表于期刊《Nature Materials》，David Mitlin是这项新研究的首席研究员。
目前，大多数锂离子电池使用有机液态电解质，这种类似枫糖浆的物质允许锂离子在电池内部可逆地来回穿梭。尽管液态电解质技术成熟，但它却是电池起火事故中常见的碳氢化合物“燃料”。
固态陶瓷电解质可以降低起火风险，消除了维持电池热失控反应的碳氢化合物燃料。然而，陶瓷电解质也面临着自身的挑战，包括成本高昂、生产过程中质量控制难度大，以及由于金属丝（称为枝晶）引起的短路而导致的过早失效。
基于石榴石结构的氧化物陶瓷是全固态电池的关键材料。石榴石独特的结构使锂离子能够快速高效地移动，使其成为理想的储能材料。然而，即使是石榴石也难以克服枝晶问题，而枝晶问题与电解液内部微小裂纹的形成直接相关。
如同珠宝匠精雕细琢宝石一般，研究人员对石榴石进行了“抛光”，使其充分发挥潜力。将微米级氧化锆颗粒分散在石榴石晶粒中，可以有效抑制裂纹和枝晶的形成。
这种方法基于碳化物添加剂，这些添加剂在制备过程中会发生放热分解，从而为合成反应提供额外的热量。这带来的另一个好处是降低了制造成本，因为它减少了加工所需的外部温度。
“氧化锆在这里发挥了双重作用，”Mitlin实验室的博士后研究员、论文共同第一作者Yixian Wang说道，“它既有助于提高材料密度，又能防止恼人的锂枝晶形成。这对电池的性能和安全性来说都是双赢的。”
测试表明，氧化锆改性石榴石的临界电流密度（即短路前的最大电流）几乎是未改性石榴石的两倍。这意味着使用这种材料的电池可以在更高的功率水平下运行，而不会影响安全性。
虽然电池科学是这项研究的主要驱动力，但其成果也可应用于众多需要控制缺陷的高品质陶瓷制造领域。
