來自東京理工大學、AIST 和山形大學的研究團隊近日發明了一種恢復低電阻的策略，從而在全固態電池商業化道路上邁出了堅實的一步。他們還探索了基本的還原機制，為從根本上了解全固態鋰電池的工作原理鋪平了道路。
由於傳統的鋰離子電池已經不能滿足先進技術的標準，例如電動汽車需要高能量密度、快速充電和長循環壽命，因此全固態鋰電池已經成為材料科學和工程領域的新熱潮。全固態電池使用固體電解質而不是傳統電池中的液體電解質，不僅符合這些標準，而且相對來說更安全、更方便，因為它們有可能在短時間內充電。
然而，固體電解質也有自己的挑戰。重要挑戰之一是，正極和固體電解質之間的接口顯示出一個大的電阻，其根源還不太清楚。此外，當電極表面暴露在空氣中時，電阻增加，使電池的容量和性能下降。雖然已經做了一些嘗試來降低電阻，但沒有人能夠將其降低到 10Ω cm2（歐姆-厘米-平方），即報告的不暴露在空氣中時的界面電阻值。
最近發表在《ACS Applied Materials & Interfaces》的一項研究中，由日本東京工業大學（Tokyo Tech）的 Taro Hitosugi 教授和東京工業大學的博士生 Shigeru Kobayashi 領導的研究小組可能最終解決了這個問題。
通過建立一個恢復低界面電阻的策略，以及解開這種減少的機制，該團隊為高性能全固態電池的製造提供了寶貴的見解。這項研究是東京理工大學、日本國立高等產業技術研究所（AIST）和山形大學聯合研究的結果。
首先，該團隊準備了由鋰負極、鈷酸鋰正極和 3PO4 固體電解質組成的薄膜電池。在完成電池的製造之前，該團隊將鈷酸鋰表面暴露在空氣、氮氣（N2）、氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）、氫氣（H2）和水蒸汽（H2O）中30分鐘。
令他們驚訝的是，他們發現與未暴露的電池相比，暴露在 N2、O2、CO2 和 H2 下並沒有降低電池的性能。Hitosugi 教授說：“只有H2O蒸氣使Li3PO4-LiCoO2界面強烈退化，並使其電阻值急劇增加，比未曝光界面的電阻值高10倍以上”。
該團隊接下來進行了一個稱為“annealing”的過程，在這個過程中，樣品在 150°C 的溫度下進行了一個小時的電池形式的熱處理，即沉積了負極。令人驚訝的是，這將電阻降到了 10.3Ω cm2，與未暴露的電池的電阻相當。通過進行數值模擬和尖端測量，研究小組隨後發現，這種降低可歸因於“annealing”過程中質子從二氧化鋰結構中的自發移除。
Hitosugi 教授總結道：“我們的研究表明，鈷酸鋰結構中的質子在恢復過程中發揮着重要作用。我們希望這些界面微觀過程的闡明將有助於拓寬全固態電池的應用潛力”。