北京
這一進展有望加速用于微型及可穿戴設備的全固態電子器件的商業化進程。
一支由清華大學領銜的中國研究團隊開發出一種微型全陶瓷固態鋰離子電池（ACMLB），專為在極端環境下安全驅動微型電子設備而設計。
它能夠輕松應對酷熱。研究顯示，這些微型“能量堡壘”可在高達150°C（302°F）的溫度下完美運行，甚至能在300°C（572°F）的驟然熱沖擊中承受20秒而不受損。
研究人員在論文中指出：“ACMLB在寬溫域（0°C–150°C）內表現出優異的電化學性能?！闭撐倪€補充道，這類電池“具備不可燃性和高安全性，為可穿戴微型電子設備提供了一種可靠且高性能的電源解決方案”。
耐熱電池
標準鋰離子電池因能量密度高而被廣泛使用，但其揮發性液態電解質在遇到高溫或物理損傷時存在嚴重的起火和爆炸風險。
這一安全隱患限制了它們在航空航天設備、軍事應用和工業物聯網傳感器等惡劣環境中的使用。
固態鋰電池通過用固態介質替代液體，提供了一種不可燃的替代方案，但為微型設備開發全陶瓷版本一直困難重重。原因在于厚度與強度的權衡——為了微電子器件將陶瓷層做得足夠薄，會嚴重損害其結構強度。
為解決這一難題，清華團隊采用了一個巧妙的制造工藝：堆疊多層陶瓷。
多層堆疊解決了氧化物電解質的經典工程難題：既要薄到足以實現高能量密度，又要保持足夠強度以防機械失效。這種堆疊結構還能提升單個電芯的容量。
在共燒結（將材料一同加熱）過程中，界面處會自然形成一層定制的化學層。這層微米級的結構填滿了所有內部縫隙，將電池“粘合”在一起，同時允許鋰離子快速穿越其中。
在微型設備中的應用
該工藝制造出高度可定制、可堆疊的電池，能輕松縮放以適應不同設備，并在很寬的溫度范圍內保持完全穩定。
這種新型陶瓷電池能在150°C下工作——這樣的溫度足以讓普通智能手機電池在幾分鐘內膨脹、破裂或爆燃成化學火災。
在室溫測試中，該電池表現出極高的穩定性，經過100次充放電循環后仍保持76%以上的初始容量，且輸出功率穩定。
研究論文從技術角度解釋道：“一塊10并聯的ACMLB在室溫下以50 μA cm?2的電流密度進行長期循環，初始容量為105 μAh，100次循環后保持80 μAh，對應的容量保持率為76.2%?！?/p>
有趣的是，它無需任何外部壓力來維持形狀。更妙的是，它可以在普通空氣環境中制造，而不需要昂貴的氣密真空實驗室，這降低了潛在的生產成本。
研究指出：“它完全不可燃，在持續外部燃燒下仍能保持結構完整性，在空氣中具有卓越的熱穩定性，其安全性顯著優于采用液態、聚合物或復合電解質的電池?！?/p>
未來，研究人員相信這一創新有望加速面向微型和可穿戴設備的全固態電子器件的商業化。其高能量密度和不可燃的安全特性使其成為智能傳感器、航空航天裝置及軍事應用等下一代技術的理想之選。
該研究成果已發表在期刊《Matter》上。
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