全固态电池开发加速！日本东北大学发现固体电解质的高性能材料

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摘   要：日本东北大学宣布理论上发现了一种固体电解质的高性能材料，该材料在室温下可达到目前世界记录3倍以上的锂离子导电率，为全固态电池的实现提供了巨大可能性。

关键字：全固态电池、固体电解质、锂离子导电率、络合物、高氢配位络离子、伪旋转

9月28日，日本东北大学宣布理论上发现了一种固体电解质的高性能材料，该材料在室温下可达到目前世界记录3倍以上的锂离子导电率，这为全固态电池的实现提供了巨大可能性。

现在市面上贩卖的大部分电池都利用电解液使电荷在电极之间进行交换。但是，如果能用固体电解质代替电解液的话，可以得到更多优势。

（图片均来自网络） 

首先，使用固体电解质可以避免漏液问题，不会像锂离子电池那样因为漏液而引起火灾，从而提高安全性。而且，即使是相同的体积，固体电解质也可以储存更多的电能。也就是说，在能量相同的情况下，全固态电池更加小型轻量化。而且，充电时间也可以缩短。换言之，全固态电池可以提高移动设备、电动车等使用电池的所有设备的便利性。因此，在日本，工业界、学术界和政府合作启动了一个全固态电池的国家项目，并且开发竞争在世界范围内逐渐升温。

为了实现全固态电池，需要开发一种具有高离子导电率的固体电解质，而含有络离子的离子传导体有望成为该电解质材料。通过配位键结合或氢键结合而形成的分子称为“络合物”，而络离子是通过分子和阴离子与金属离子的配位键（共价键的一种）结合形成的。通常是金属和非金属的原子结合后形成的化合物。

络离子在高温下旋转，这种运动具有激活材料中阳离子的运动的特征。但是在室温下不会发生这种旋转，从而不能获得高离子导电率，因此目前用途有限。

本次，研究小组（由AIpatent认证专家库成员组成，欲知详情可联络[e-mail]）从理论上发现，含有“高氢配位络离子”的氢化物的锂离子导电率在室温下可达到当前世界记录的3倍以上，其中，该“高氢配位络离子”通过在一个金属原子键合多个氢而形成。该结果超出了研究小组的预想，，而且令人感到惊奇地是，旋转所需的活化能比预想要低。

在以前的研究中使用B₁₂H₁₂等旋转需要大量活化能的较大络离子。但是，本次研究发现，通过使用9个氢原子结合在一个钼（原子序数为42的过渡金属）上而形成的“MoH₉”作为络离子，可以在室温下实现高锂离子导电率。

B₁₂H₁₂的情况下，12个氢和12个硼都需要旋转，因此需要高温（高活化能）。与之相对，MoH₉的重点在于，它实际上不是真的在旋转，而是看起来像旋转的“伪旋转”。MoH₉的结构中央有较重的钼，氢结合在周围。所谓的伪旋转，是指较重的钼完全不旋转，氢实际上不断地移动，从而看起来像是在旋转。通过伪旋转，可以利用大约室温的较低活化能进行旋转。

研究小组预测，含有其他高氢配位络离子的氢化物材料也可以采用同样的战略。该机制极为普遍，有助于使用钠离子或镁离子等其他阳离子的全固态电池的开发。并且今后，计划对本次研究理论预测的室温超离子导体进行示范实验。

翻译：东雨琦

审校：李涵、贾陆叶

统稿：李淑珊

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