机械工程系教授Kelsey Hatzell和博士后申凤玉(音)在Hatzell油墨和界面实验室工作

图片来源：范德堡大学(Vanderbilt University)

生产安全、高能量且价格低廉的固态锂电池的竞争正在加速，最近有消息称，在固态锂电池中使用一种叫做石榴石的固态非易燃陶瓷电解质进行的研究将具有革命性突破。

“这是能源储存领域的一个范式转变，”机械工程系助理教授Kelsey Hatzell说。一篇在3月份发表于the American Chemical Society's Energy Letters杂志的名为"The Effect of Pore Connectivity on Li Dendrite Propagation Within LLZO Electrolytes Observed with Synchrotron X-ray Tomography"的论文里，Kelsey Hatzell详细描述了她对石榴石电解质失效点的新研究，她的这篇文章也是本月ACS杂志上最热门的文章之一。

锂离子电池通常含有一种易  燃的液态有机电解质。通过使用不易燃的石榴石基电解质可以有效消除火灾隐患。使用固体有机石榴石代替液体电解质，不但能增加电池的使用寿命，同时可以大大的降低电池成本。

Hatzell说：“固态电池将是所有电动汽车和其他能源储存和安全最为重要的应用形式。”

Hatzell的团队测试了Li7La3Zr2O12或者被称为锂镧氧化锆(LLZO)的一种石榴石类型的材料，由于其较高的锂离子导电性和与锂金属的兼容性，它在全固态电池的应用上显示出巨大的前景。

Hatzell说道: “了解这些电解质系统的失效机制对于设计弹性固体电解质系统至关重要。LLZO的主要限制是其具有在低电流密度下易发生短路的倾向。”

Hatzell的研究使用了同步加速器X射线断层扫描技术进行跟踪实际充放电后LLZO的结构变化。研究人员运用该技术可以查看电池内部以及亚微米级分辨率的3D结构特征。

在固体电解质中成像锂，大多数情况下是利用扫描电子显微镜或者光学显微镜技术进行破坏或原位成像的。“使用同步加速器工具将能够提供更现实的条件，帮助我们能够观看埋藏的界面中的材料形貌，”Hatzell如此说道。论文的合著者是博士后学者申凤玉(音)、研究生肖翔辉(音)和Marm Dixit。

世界上只有为数不多的几个同步加速器和中子源。Marm 是入选2017年国家中子与x射线散射学院的60名研究生之一。Hatzell说:“作为这个项目的一部分，Marm在橡树岭国家实验室和阿贡国家实验室分别呆了一个星期。”

阿贡国家实验室的高级光子源和ORNL的散裂中子源和高通量同位素反应器用于对先进材料的相互作用进行纳米级研究。Dixit能够从技术领先的科学家和专家那里学习同步加速器表征技术。Hatzell的团队在阿贡国家实验室进行了所有的测试。

“结果表明，空隙或连通孔的存在导致更高的短路率，这一结果可能为下一代固态电池系统的材料设计提供信息。”Hatzell说。

“尽管仍需要大量研究才能够将固态电池推向市场，但它们在高能量密度电池和电动汽车应用中的应用前景已经引起了全球的极大兴趣。”