东方时讯网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会使用锂离子电池，目前锂离子电池无法以合理的价格提供必要的性能和耐用性。
然而，固态电池(SSB)在过去几年中受到寻找替代品的研究人员的青睐。传统锂离子电池包含液体电解质，锂离子在充电/放电过程中在其中流动，而SSB完全由固体材料制成制成。除了操作安全性的巨大改进——因为这些电池在被刺破时不会溢出有毒液体——SSB的充电速度也快得多。
但直到现在，SSB仍有一个未解决的问题限制了它们的耐用性。当锂离子插入电池的电极或从电极中脱出时，材料的晶体结构会发生变化，从而使电极膨胀或收缩。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。
在此背景下，日本横滨国立大学矢部直昭教授领导的科学家团队研究了一种在SSB中具有前所未有稳定性的新型正极材料。他们的工作发表在NatureMaterials上，由澳大利亚悉尼新南威尔士大学的NeerajSharma副教授和日本LIBTEC的TakuhiroMiyuki博士共同撰写。
研究团队关注的材料是Li8/7Ti2/7V4/7O2，这是一种由钛酸锂(Li2TiO3)和二氧化锂钒(LiVO2)的优化部分组成的二元系统。当球磨至纳米级的适当粒径时，这种材料具有高容量，这要归功于其大量的锂离子可以在充电/放电过程中可逆地插入和提取。
与其他正极材料不同，Li8/7Ti2/7V4/7O2具有使其脱颖而出的特殊性质：完全充电和完全放电时的体积几乎相同。研究人员分析了这一特性的起源，并得出结论认为，这是锂离子插入晶体或从晶体中脱出时发生的两种独立现象之间良好平衡的结果。
一方面，锂离子的去除或“脱锂”会导致晶体中自由体积的增加，从而使其收缩。另一方面，一些钒离子从它们原来的位置迁移到锂离子留下的空间，在这个过程中获得更高的氧化态。这导致与氧气的排斥相互作用，进而产生晶格的膨胀。
Yabuuchi教授说：“当收缩和膨胀达到很好的平衡时，电池在充电或放电时(即循环过程中)会保持尺寸稳定性。”
“我们预计，可以通过进一步优化电解质的化学成分来开发一种真正尺寸不变的材料——一种在电化学循环中保持其体积的材料。”
研究团队通过将这种新型正极材料与合适的固体电解质和负极相结合，在全固态电池中对其进行了测试。该电池表现出300mAh/g的非凡容量，并且在400次充电/放电循环中没有退化。
“400次循环后容量没有衰减，这清楚地表明这种材料的性能优于传统的分层材料全固态电池。这一发现可以大大降低电池成本。实用的高性能固态电池的开发-状态电池也可以导致先进电动汽车的发展，”Sharma教授解释说。
通过进一步细化尺寸不变的电极材料，可能很快就能制造出在价格、安全性、容量、充电速度和寿命方面足以用于电动汽车的电池。
“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，”矢部内教授说。
“例如，在未来，有可能在短短五分钟内为电动汽车充满电。”
研究人员渴望看到该领域取得更多进展，以加速电动汽车的采用，并帮助为地球建设一个更绿色的未来。