由東京工業大學、東京大學、山形大學、產業技術總合研究所組成的研究團隊於日前發表,發現全固態電池的性能會因大氣中的水蒸氣而劣化,但透過加熱則可恢復其性能,此項研究成果將可望有助於全固態電池的實用化開發。
全固態電池的進展備受各界矚目,但尚有固體電解質與電極界面處的電阻(界面電阻)大,充電時間比鋰離子電池長的課題待解決。為了找出界面電阻增加的原因,研究團隊將電極表面分別曝露於大氣、氧氣、氮氣、氫氣、水蒸氣等5種氣體中,就其對電池性能的影響進行了調查。研究結果顯示,當曝露於氧、氮、氫等氣體時,並未觀察到性能劣化,但曝露於大氣與水蒸氣時,界面電阻增加了10倍以上。其中尤以水蒸氣對電極的劣化影響最為激烈,並確認其性能出現顯著降低。
研究團隊進一步使用因水蒸氣而劣化的電極製造電池,並在運作前進行1小時150°C的加熱處理後,確認電池運作特性得到顯著改善,界面電阻約為10.3 Ωcm2,降至加熱處理前的10分之1以下。而此數值與未曝露於大氣或水蒸氣的潔淨界面電阻值(10.9 Ωcm2)相當。然而若是在組裝成電池之前加熱的話,電池性能仍然很低。由此可知,在完全成為電池的狀態下加熱是重要關鍵。
研究團隊也對透過加熱處理改善電池特性的機制進行了調查,確認將電極表面曝露於水蒸氣中時,質子侵入電極內部,而這些質子妨礙界面鋰離子傳輸的情況即為界面電阻增加的原因。透過對電池進行熱處理,質子則自動地移動至固體電解質中,藉此恢復到正常界面。