超薄塗層與先進影像技術：固態電池效能提升的關鍵

從電動車到無線耳機，傳統的鋰離子電池以其快速充電和高能量儲存的特性，深入我們的生活。然而，這些電池依賴於液態電解質，一旦受損或過熱，就可能引發火災。密蘇裡大學的研究團隊或許找到了解決方案。助理教授Matthias Young及其團隊正致力於研究如何利用固態電解質取代液態或凝膠電解質，以製造更安全且能源效率更高的固態電池。他們的研究成果已發表在《Advanced Energy Materials》期刊上，題為「Understanding Cathode–Electrolyte Interphase Formation in Solid State Li-Ion Batteries via 4D-STEM」。

Young教授解釋道：「當固態電解質與陰極接觸時，會發生反應並形成一層約100奈米厚的介面層，這比一根人類頭髮的寬度還要小1000倍。這層介面會阻礙鋰離子和電子的流動，增加電阻並降低電池效能。」這一問題困擾科學界已超過十年，Young的團隊透過深入探究其根本原因，終於找到了突破點。

研究團隊利用四維掃描穿透式電子顯微鏡（4D STEM），在不拆解電池的情況下，觀察了電池的原子結構，這在該領域是一大突破。這種新穎的技術使他們能夠深入瞭解電池內部的化學反應，最終確定介面層是問題的根源。Young的實驗室專精於氧化分子層沉積（oMLD）技術所形成的薄膜，現在他計劃測試這些薄膜材料是否能形成保護塗層，防止固態電解質與陰極材料之間的反應。

Young進一步說明：「這些塗層需要足夠薄以防止反應，但又不能太厚以至於阻礙鋰離子的流動。我們的目標是保持固態電解質和陰極材料的高效能特性，並在不犧牲效能的前提下，將這些材料結合使用。」這種在奈米尺度上精心設計的方法，將有助於確保這些材料無縫協作，使固態電池的實現更進一步。

這項研究的共同作者包括密蘇裡大學的Nikhila C. Paranamana、Andreas Werbrouck、Amit K. Datta和Xiaoqing He。他們的研究不僅為固態電池的發展提供了新的方向，也為未來的能源儲存技術帶來了更多可能性。