引用：美国能源部橡树岭国家实验室提供图片

橡树岭国家实验室的研究人员利用扫描透射电子显微镜，在原子水平观察了一种名为LLZO的石榴石材料。研究人员发现，这种材料在一系列水相环境下是非常稳定的，这使该材料成为新电池配置中的重要部分。

目前已知的阳极材料中，纯锂阳极的理论容量最高，水电解质也能快速运输锂，因此研究人员一直在寻求用纯锂阳极提高电池能量密度的方法。橡树岭国家实验室的科学家们相信LLZO将是一个理想的分离材料，这是至关重要的。

发表于Angewandte Chemie杂志的第一作者，橡树岭国家实验室的博士后Cheng Ma说，“许多新的电池采用这两个特征物质[锂阳极和电解质水]，但如果你把他们整合到一个电池里，一个问题产生了，因为水与锂金属直接接触时，很容易发生反应。该反应是非常激烈的，这就是为什么你需要在锂的周围有一个保护层。”

设计师可以使用电池的固体电解质隔膜保护锂，但他们的选择是有限的。即使首选的分离器，被称为LAPT或LiSICON，往往也会在正常使用下被打破。

该研究的主要作者，ORNL的Miaofang Chi说 “研究人员寻找一个合适的固体电解质隔膜材料很多年了。对这类材料的要求是很严格的。它必须与锂阳极相容，因为锂是一种活泼金属，它一个还必须在很宽的pH范围内能保持稳定，因为可能存在一个碱性环境——尤其是锂空气电池。”

研究者们使用原子分辨率成像监测样品在被一系列水溶液浸泡后，LLZO的结构变化。这个小组的观察表明，在中性和极碱性环境下，复合结构在一段时间内保持稳定。

Ma说，“即使是在pH值高于14的环境中，这种固体电解质隔膜仍然保持稳定。它给电池的设计师更多的水溶液和阴极电解液选项。“阴极电解液是指靠近阴极部分的溶液。

例如，锂空气电池，研究人员曾试图通过稀释的水溶液，避免分离器的退化，却使电池重量增加，体积增大。这种新型的固体电解质隔膜，无需稀释电解质，从而间接增加了电池的能量密度。

更高能量的电池是电气化运输和电网电能量存储的应用需求，促使研究者探讨电池设计，以超越锂离子技术的极限。

研究人员打算继续评估LLZOllzo石榴石在电池中的性能。其他合著者有橡树岭国家实验室的Chengdu Liang, Karren More, Ezhiylmurugan Rangasamy,和密歇根州立大学的Jeffrey Sakamoto。这项研究发表在“Excellent Stability of a Li-Ion-Conducting Solid Electrolyte upon Reversible Li+/H+ Exchange in Aqueous Solutions.”上。

这项研究的部分研究是在美国能源部科学的用户设备处的纳米材料科学中心进行的。该研究由美国能源部科学办公室支持。

资源来源：

上面资料是基于DOE /橡树岭国家实验室提供的材料。注：材料的内容和长度可能被编辑

参考文献：

Cheng Ma, Ezhiylmurugan Rangasamy, Chengdu Liang, Jeffrey Sakamoto, Karren L. More, Miaofang Chi. Excellent Stability of a Lithium-Ion-Conducting Solid Electrolyte upon Reversible Li /H Exchange in Aqueous Solutions.Angewandte Chemie International Edition, 2014; DOI: 10.1002/anie.201408124