锂离子电池设计上的突破可能会导致下一代更安全、更可靠的固态动力电池。世界各地都在使用锂离子电池为日常技术提供动力，包括电动汽车、电动工具、手机和笔记本电脑。
然而，不稳定和易燃的电解质，以及由此产生的界面，使这项技术的扩大具有挑战性。
本周发表在《自然通讯》上的一篇新论文展示了如何设计新的固态材料来克服这些问题。钨基和碲基双钙钛矿材料可以组合使用，分别用作电极和电解液，形成更加兼容和稳定的界面。
PoojaGoddard博士和前拉夫堡化学同事StephenYeandel博士（现就职于谢菲尔德）是EPSRCSUPERGEN财团的一员，该财团支持谢菲尔德大学领导的研究，包括ISIS脉冲中子和μ介子源以及法拉第研究所哈维尔校区。
拉夫堡研究小组利用计算模型阐明了这两种属于同一晶体家族的材料的氧化还原特性，并表明，虽然钨可以轻易改变理想的电极氧化状态，但碲对适用于电解液的氧化还原循环具有抵抗力。
这些结果已被谢菲尔德和伊希斯中子设施的实验小组证实。
由于这两种材料来自同一类钙钛矿，它们的相容性大大提高，这使得制造下一代锂离子固态电池成为可能。
戈达德博士说：“我们明确地展示了锂离子在每种材料中的排列顺序和局部结构的演变。
“更重要的是，我们展示了从W6+W5+W4+开始的明确的逐步变化，而对于Te类似物，我们发现Te6+不愿意形成Te5+，这表明Te类似物的氧化还原循环不太可能，这也得到了实验验证。”
该项目的下一阶段将包括进一步调整材料，使之与界面相匹配，并专注于材料的可扩展性，以实现可行的制造，谢菲尔德大学已经在进行研究。
三维虚拟的固态电池
全固态锂电池（ASSLB）是一种在研究界迅速崛起的替代品。与锂离子电池不同，锂离子电池的电极是固体的，电解液是液态的，在ASSLB中，电极和电解液都是固体，它们非常安全。然而，正是这种特性带来了一个问题：在运行过程中，电解液和电极的体积会发生变化，特别是在高能蓄电池中。这可能导致其表面分离，从而导致性能不佳。
如果要开发高性能ASSLB，则需要详细检查接口处的复杂结构；大邱庆英科技研究所（DGIST）的李永民教授认为：“虽然大多数研究人员都专注于开发新材料或改善现有全固态锂电池的性能，我们选择了一个不同的路线，并决定寻找解决方案，以尽量减少电极和电池的设计缺陷。这让我们不禁要问，“有没有一种方法可以定量分析这些电池的缺陷？”
李教授和他的团队找到了他们问题的答案，他们想出了一种巧妙的技术：一种三维数字孪生平台，在这个平台上，固体-固体界面的微观结构可以呈现为真实物体的详细三维复制品。他们的研究细节发表在爱思唯尔的《纳米能源》杂志上。
利用这个平台，李教授和他的团队探索了氧化物基ASSLB的电极-电解质界面，可以说是最有前途的ASSLB。他们拍摄了选定目标区域的二维图像切片，对图像进行排序，以数字方式重建三维结构，然后进行结构分析。正如预期的那样，他们发现ASSLB的比接触面积远小于锂离子电池。这验证了他们方法的有效性。
李教授对这些结果感到兴奋，他解释了这项技术的巨大潜力：“鉴于这项技术的广泛适用性，我们确信它的好处可以扩展到所有含有电极的设备上。但目前，我们有信心，我们的技术将帮助研究人员节省时间和资金，同时在电池制造过程中轻松检查缺陷，帮助优化设计，最终加快所有固态电池的商业化。”