LLZTO（氧化鋰鑭鋯鉭）是一種固態(tài)電池關鍵材料，在運行過程中會保持異常低溫，被認為是未來固態(tài)可充電電池的理想候選。據(jù)發(fā)表在美國物理學會《PRX 能源》期刊的最新研究，美國加州大學河濱分校工程師團隊發(fā)現(xiàn)了該材料保持低溫的原因。這一突破性發(fā)現(xiàn)有望推動更安全、更高能量密度的下一代鋰電池研發(fā)。
在充放電過程中，電池會因內部化學反應產生熱量。如果熱量無法及時散發(fā)，會使性能下降、壽命縮短，甚至導致電池起火或爆炸。
LLZTO是一種陶瓷材料，可用作固態(tài)電解質，提供更高能量密度，同時顯著降低過熱和起火風險。然而科學家此前并不清楚，這種材料的熱導率（傳導熱量的能力）為何異常之低。
為探究LLZTO的特性，研究人員采用漂浮區(qū)法生長出LLZTO單晶。單晶結構可反映材料的本征特性。結果顯示，LLZTO的熱導率僅為1.59瓦/米·開爾文，約是銅的1/250，表明低熱導率是材料的固有屬性。通過中子散射實驗并結合先進模擬發(fā)現(xiàn)，其原因與晶格中原子的振動方式有關。
在固體材料中，熱量由聲子（原子振動的量子化形式）攜帶。研究發(fā)現(xiàn)，LLZTO中存在大量光學聲子模式，這些不同步的振動會與主要傳熱的聲學聲子相互作用，使其散射，從而阻礙熱傳導。
理解LLZTO如何天然阻礙熱流，對于掌握固態(tài)電池內部溫度變化、防范安全風險至關重要。這一發(fā)現(xiàn)提供了在原子層面調控熱量的新思路，有助于預測電池內部溫度分布、改進熱管理，從而設計出更安全、更高性能的電池。（張佳欣）
（責任編輯：蔡文斌）
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