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胡良兵AM: 延續(xù)Science工作，高溫超快燒結(jié)技術(shù)再現(xiàn)江湖

與傳統(tǒng)的液體或凝膠電池相比，固態(tài)電池 (SSB) 具有更好的安全性和潛在更高的能量密度。在實(shí)踐中，SSB的實(shí)施通常需要由陶瓷固態(tài)電解質(zhì) (SSE) 制成的 3D多孔支架。

在此，美國(guó)馬里蘭大學(xué)胡良兵教授等人報(bào)道了一種通用且簡(jiǎn)便的方法，可在幾秒鐘內(nèi)在高溫下在各種基材（Al₂O₃板、鈦、不銹鋼和碳紙等）上燒結(jié)具有一系列陶瓷SSE的3D多孔支架（LLZTO、LATP和LLTO）。

圖1. 在不同條件下燒結(jié)的LLZTO層的表征

高溫使快速反應(yīng)燒結(jié)成為所需的結(jié)晶相，并加速晶粒的表面擴(kuò)散以進(jìn)行頸部生長(zhǎng)；同時(shí)，較短的燒結(jié)時(shí)間限制了粗化，從而準(zhǔn)確控制致密化程度以保持所需的多孔結(jié)構(gòu)，并減少揮發(fā)性元素的損失。

作為概念驗(yàn)證，通過(guò)將聚（環(huán)氧乙烷）與這種3D多孔支架（LLZTO）集成，證明了高溫快速燒結(jié)的復(fù)合SSE具有良好離子電導(dǎo)率（室溫下≈1.9×10^-4 S cm^-1）。這種方法為燒結(jié)用于全固態(tài)電池應(yīng)用的各種基于陶瓷SSE的 3D支架打開(kāi)了一扇新的大門(mén)。

圖2. 各種基材上的3D支架和集成環(huán)氧乙烷的3D支架表征

事實(shí)上，早在2020年5月1日，胡良兵教授就和莫一非教授、加州大學(xué)圣地亞哥分校駱建以及弗吉尼亞理工大學(xué)鄭小雨等人就在Science上發(fā)表文章“A general method to synthesize and sinter bulk ceramics in seconds” (https://science.sciencemag.org/content/368/6490/521)

作者利用超高溫?zé)Y(jié)技術(shù)，直接在數(shù)秒內(nèi)合成塊體的陶瓷材料，大大加快了材料的合成速度，提升了質(zhì)量，在合成固態(tài)電解質(zhì)、多組分結(jié)構(gòu)和高通量材料篩選上能夠大顯身手。

High-Temperature Ultrafast Sintering: Exploiting a New Kinetic Region to Fabricate Porous Solid-State Electrolyte Scaffolds, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202100726

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