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在我們尋求清潔能源和碳中和的過程中，全固態(tài)鋰離子電池(ASS-LIB)提供了可觀的前景。ASS-LIB有望用于包括電動汽車(EV)在內(nèi)的廣泛應(yīng)用。然而，這些電池的商業(yè)應(yīng)用目前面臨瓶頸——由于其高表面電阻，它們的輸出會降低。此外，這種表面電阻的確切機制迄今尚不清楚。

研究人員將其與膠體物質(zhì)(一種粒子在另一種物質(zhì)中的微觀分散體)中看到的稱為“雙電層”(或EDL)效應(yīng)的現(xiàn)象聯(lián)系起來。當膠體顆粒通過在其表面吸附分散介質(zhì)的帶負電荷的離子而獲得負電荷時，就會發(fā)生EDL效應(yīng)。

“這發(fā)生在固體/固體電解質(zhì)界面，給全固態(tài)鋰電池帶來了問題，”東京理科大學(TUS)副教授TohruHiguchi博士解釋道。Higuchi博士與來自TUS的MakotoTakayanagi博士以及來自國立材料科學研究所的TakashiTsuchiya博士和KazuyaTerabe博士一起設(shè)計了一種新技術(shù)來定量評估固體/固體電解質(zhì)的EDL效應(yīng)界面。

一篇詳細介紹他們技術(shù)的文章發(fā)表在MaterialsTodayPhysics上。研究人員采用基于全固態(tài)氫端金剛石(H-diamond)的EDL晶體管(EDLT)進行霍爾測量和脈沖響應(yīng)測量，以確定EDL充電特性。

通過在氫金剛石和鋰固體電解質(zhì)之間插入納米厚的鈮酸鋰或磷酸鋰夾層，該團隊可以研究這兩層界面處EDL效應(yīng)的電響應(yīng)。電解質(zhì)的成分確實會影響電極界面周圍小區(qū)域的EDL效應(yīng)。當將某種電解質(zhì)作為電極/固體電解質(zhì)界面之間的夾層引入時，EDL效應(yīng)會降低。

與鈮酸鋰/H-金剛石界面相比，磷酸鋰/H-金剛石界面的EDL電容要高得多。

他們的文章還解釋了他們?nèi)绾胃倪M為ASS-EDL充電的開關(guān)響應(yīng)時間?！癊DL已被證明會影響開關(guān)特性，因此我們認為通過控制EDL的電容可以大大改善ASS-EDL充電的開關(guān)響應(yīng)時間。我們在電子中使用金剛石的非離子滲透特性場效應(yīng)晶體管層，并將其與各種鋰導(dǎo)體結(jié)合，”Higuchi博士說道。

中間層加速和減速了EDL充電速度。EDLT的電氣響應(yīng)時間變化很大——范圍從大約60毫秒(磷酸鋰/H-金剛石界面的低速切換)到大約230微秒(鈮酸鋰/H-金剛石界面的高速切換)。然而，該團隊展示了對EDL充電速度的控制超過兩個數(shù)量級。

總之，研究人員能夠在全固態(tài)設(shè)備中實現(xiàn)載波調(diào)制并改善其充電特性。Higuchi博士指出：“我們對鋰離子導(dǎo)電層的研究結(jié)果對于提高界面電阻很重要，并可能導(dǎo)致未來實現(xiàn)具有優(yōu)異充放電特性的全固態(tài)電池?！?/p>

總而言之，這是控制ASS-LIBs界面電阻的一個重要墊腳石，它催化了它們在許多應(yīng)用中的可行性。它還將有助于設(shè)計更好的基于固體電解質(zhì)的設(shè)備，這是一類還包括神經(jīng)形態(tài)設(shè)備的小工具。

關(guān)鍵詞： 電解質(zhì)的 響應(yīng)時間 固體電解質(zhì)