“日本东京理科大学发明研究双电层效应的新做法 改善全固态电池”

据世界汽车新闻报道，随着锂电池( li-ion )的迅速发展，各种便携设备也开始使用这种电池，大大促进了电子产品的迅速发展。 但是，一直以来流传下来的锂离子电池有其液体电解质溶液这一内在缺点，这在电动汽车等的应用中是不够的。 具体缺点包括耐久性有限、容量低、安全问题，以及有毒、碳足迹等环境问题。 幸运的是，科学家们现在将重点放在全固态电池上，这是可以解决这些问题的下一代应对方法。 该电池通过使用固体电解质，可以更安全，维持更大的电力密度。

(照片来源:东京理科大学)

但是，全固态电池的电解质-电极界面具有高电阻，会降低全固态电池的输出，阻止快速充电。 一位科学家认为，如此高的界面电阻的原因是双电层( edl )效应，包括在与电极的界面从电解质中收集带电离子。 在这个过程中会产生一层正电荷或负电荷，排斥电荷以相同的密度蓄积在整个电极中，形成两层电荷。 检测和测量全固态电池中的edl的问题是，传统的电化学分解方法无法处理这个问题。

在东京理科大学( tokyo university of science )，由tohru higuchi副教授领导的科学家们发明了判断全固态电池在固态电解质中的edl效应的新方法，解决了上述课题。

以使用氢化金刚石和固体锂类电解质的场效应晶体管( field-effect transistors，fet )为中心，展开了新的研究方法。 fet是通过向栅极施加电压，可以控制源极和漏极之间的电流的三端子晶体管。 该电压通过在fet的半导体区域产生的电场，来控制电子或空孔[带正电荷的“电子空位] ] ]的密度。 利用这些特征，通过采用化学惰性金刚石通道，科学家们排除了影响通道导电性的化学还原氧化效应，发现edl效应积累的静电荷才是需要的原因。

为此，科学家们在金刚石电极上进行了霍尔效应( hall effect )测量，但这种测量只对材料表面上的电荷载流子敏感。 科学家采用不同类型的锂基电解质，研究了它们的成分如何影响edl。 经过分解，科学家发现了edl效应的重要方面之一。 即，该效果由界面附近(约5纳米的厚度)的电解质构成。 如果电解质材料能够发生电荷补偿的还原氧化反应，则可以大幅抑制edl效应。 higuchi表示:“该公司的新技术有助于明确固体电解质界面附近edl效应的全方位，明确界面特性对全固体锂离子电池和其他离子设备性能的影响。”

目前计划使用该方法分解其他电解质材料中的edl效应，希望找到降低新一代电池界面电阻的线索。 higuchi表示:“希望这种做法对未来高性能全固态电池的开发有所帮助。 ”。 此外，这种方法还可以更好地了解edl，加速电容器、传感器、存储器和通信设备的开发。