固态电池 - 锂离子的继任者 - 使我们的智能手机更近一步

锂离子（锂离子）电池是智能手机和当今大多数其他电池供电小工具的可充电单元。尽管有锂离子电池的流行功率密度有限，寿命相当短，可以成为火灾危害如果损坏或指控不正确。如果小工具转向固态电池技术，这些缺点可能是过去的过去。

哥伦比亚大学工程团队的新研究，通过phys.org，已经发现了一种稳定锂金属中固体电解质的方法，也就是固态电池。利用氮化硼纳米涂层可以生产电池，可提供高达基于石墨的锂离子电池充电容量的10倍。此外，陶瓷电解质经常用于固态电池设计，是不可易能的，可减少安全问题。

固态电池技术不是一个全新的想法，而是建筑材料，设计安全，成本和生产技术正在阻碍采用。要了解为什么让我们深入了解传统锂离子电池的一些背景，以及为什么它们不太容易更换。

树突的麻烦

除了成本外，树突是固态电池的最大问题。树突是锂金属的晶体状堆积，通常从阳极开始，可以在整个电池中生长。这是由于高电流充电和放电而导致的，其中固体电解质中的离子与电子结合形成一层固体锂金属。

树突构建的材料可降低电池的可用电解质容量，从而减少其电荷存储。更糟糕的是，大型树突的堆积最终会刺穿电池阴极/阳极分离器，导致短路会破坏电池并可能造成火灾。

当今的锂离子电池通过为导电途径使用液体电解质来避开树突问题，而不是固体金属，该金属可以使离子更紧密地包装在一起以获得更大的容量。不幸的是，这种液体是易燃的，这可能会导致锂离子电池在高压，热或电流下燃烧。然后，石墨经常用于插入的锂阳极材料中，从而提供长期稳定性，以一定代价用于最大电荷流。石墨烯基于硅的合金已经看到了它们的实验份额以提高性能。

合并，锂离子电池化学物质，材料和构造通过基本减少和控制离子流来限制树突的形成。权衡是电池密度和容量的损失，可易燃性增加以及对安全保护的需求。固态锂金属电池被认为是可充电电池性能的圣杯，但比液体锂离子细胞更难稳定。

新研究如何解决问题

哥伦比亚大学工程团队的研究与布鲁克黑文国家实验室和纽约市大学的同事进行，为固态电池的树突问题提供了解决方案。

5至10nm硝酸硼（BN）纳米膜分离锂金属和离子导体。绝缘两层可以防止树突累积或短路，但足够薄，可以最大化电池的能量密度。该技术还使用了少量的液体电解质，但是该设计主要使用陶瓷，固态设计来实现最大能量。该BN层的设计具有内置的缺陷，使锂离子可以通过充电和排放电池。

简而言之，团队创造了一个非常细的障碍，可防止树突发生。反过来，这可以使用非常紧凑的陶瓷电解质，该电解质的容量比传统的锂离子电池更大，可降低火灾风险，并延长电池寿命。研究的下一个阶段将研究更广泛的不稳定固体电解质，并为制造提供优化。

液体与固态电池技术

哥伦比亚大学工程团队并不是镇上固态电池技术的唯一游戏。Lipon，LGPS和LLZO材料的设计也正在进行研究，以替代当今的锂离子电池。大多数人的目标是实现类似的目标，包括更高的电池能力，更长的寿命和较低的火灾风险。下一个主要的障碍是将这些电池设计从实验室和制造设施和产品中带出。

从消费者的角度来看，稳定的固态电池技术的主要好处是：最多六倍，充电速度是能量密度的2到10倍，更长的循环寿命最多10年（相比之下），没有易燃组件。这无疑是智能手机和消费电子设备的福音。越早到达这里，越好。

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