基于氧化物固态电解质的全固态金属电池具有更高的安全性和能量密度。但是，金属电极与固态电解质之间的不良接触以及由此引发的界面问题严重阻碍了固态电池的实际应用。针对这个难题，材料科学与工程学院王达健、毛智勇研究团队提出室温超声波焊接策略以改善碱金属电极与氧化物陶瓷固体电解质之间的接触性能。相关成果以“Improving the alkali metal electrode/inorganic solid electrolyte contact via room-temperature ultrasound solid welding”为题发表在近期的Nature Communications（2021, 12, 7109）期刊上。





超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面使其相互摩擦进而结合，在金属和陶瓷的焊接结合领域具有比较广泛应用。在这项工作中，作者采用超声波焊接技术在室温下短时间内实现了钠金属电极和Na3Zr2Si2PO1陶瓷电解质之间的牢固结合。超声波焊接构建的Na/Na3Zr2Si2PO12界面具有低的界面阻抗 (~22.6 Ωcm2 )，紧密接触的界面使室温钠对称电池可在0.1~0.2 mA cm-2的电流密度下长时间稳定运行，显著提高其临界电流密度(0.6 mA cm-2)，证明循环过程中钠金属可在界面处稳定地进行沉积和剥离。组装的UW-Na|Na3Zr2Si2PO12|Na3V2(PO4)3电池可以稳定地循环超过900圈，并拥有89.81%的高容量保持率。这一工作展示了一种快速、方便、低成本的方法来构建碱金属负极和陶瓷电解质之间紧密结合界面，为解决固态金属电池中的界面问题提供了新的途径。





该工作以天津理工大学作为独立完成单位发表，第一作者为博士生王欣欣，通讯作者为毛智勇，充分体现学校近年来在研究生培养和学科建设方面取得的成绩。该论文得到国家自然科学基金和天津市自然科学基金支持。


全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27473-4.