据外媒报道，斯坦福大学（Stanford）的研究人员为固体电解质开发了一种超薄银涂层，可提高其抗裂性，有望在锂金属电池的安全性和使用寿命方面取得突破。

图片来源：斯坦福大学

理论上，在电池正负极之间使用固态而非液态的电解质，可以制造出比目前市面上的锂离子电池更安全、能量密度更高、充电速度更快的可充电锂金属电池。几十年来，科学家和工程师们一直在探索多种途径来实现锂金属电池的巨大潜力。目前研究的固态晶体电解质存在一个主要问题：在使用过程中会产生微小裂纹，这些裂纹会不断扩大，最终导致电池失效。

斯坦福大学的研究人员在三年前发表的研究成果基础上，进一步发现，在固体电解质表面退火一层极薄的银涂层似乎能有效解决这个问题。三年前，他们揭示了这些微小缺陷的形成和扩展机制。三年后的今天，发表在《自然·材料（Nature Materials）》期刊上的报道指出，这种涂层能使电解质表面的抗机械压力能力提高五倍。此外，它还能显著降低锂离子渗入已有缺陷的风险，尤其是在快速充电过程中，锂离子渗入会导致纳米裂纹扩展成纳米裂缝，最终使电池失效。

机械工程副教授Wendy Gu表示：“我们和其他研究人员正在努力改进的这种固体电解质是一种陶瓷，它可以让锂离子轻松地来回穿梭，但它很脆。从极其微小的尺度来看，它就像那些表面有细小裂纹的陶瓷盘子或碗一样。真正的固态电池是由多层堆叠的阴极-电解质-阳极薄片构成的。要制造出没有一丁点瑕疵的此类电池几乎是不可能的，而且成本会非常高昂。我们认为，保护层可能更现实，而少量的银似乎就能起到很好的效果。”

此前其他科学家曾研究过在与本研究相同的固体电解质材料（因其由锂、镧、锆原子和氧原子混合而成被称为“LLZO”）上使用金属银涂层。虽然之前的研究使用金属银来提高电池性能，但这项新研究使用的是溶解态的银，即失去一个电子的银（Ag ）。与金属固态银不同，这种溶解的带电银直接起到了增强陶瓷抗裂性的作用。

研究人员在LLZO表面沉积了一层3纳米厚的银层，然后将样品加热至300摄氏度（572华氏度）。加热过程中，银原子扩散到电解质表面，与体积小得多的锂原子交换位置，扩散深度达20至50纳米。银以带正电的离子形式存在，而非金属银，科学家认为这是防止裂纹形成的关键。在存在缺陷的地方，部分带正电的银离子能阻止锂离子侵入并在电解质内部形成破坏性的分支。

这种方法表明，超薄表面涂层可以降低电解质的脆性，使其在快速充电和压力等极端电化学和机械条件下更加稳定。研究人员利用扫描电子显微镜内的专用探针，测量了使表面断裂所需的力。与未经处理的材料相比，经银处理的固体电解质所需的断裂压力几乎高出五倍。

到目前为止，这些实验都是在小型测试样品而非完整电池上进行的。研究人员现在正将这种银基表面处理技术应用于完整的锂金属电池，以观察该涂层在实际使用条件下的性能，例如反复快速充电和长期使用。