告别昂贵稀有金属！韩国团队攻克全固态电池“性价比”难题

电池技术的“不可能三角”

在智能手机和电动汽车普及的今天，电池技术已成为现代社会的基石。然而，传统电池仍受困于易燃易爆的安全隐患以及居高不下的制造成本。

全固态电池（All-Solid-State Batteries）长期以来被视为解决这些问题的终极方案。但现实骨感，想要同时满足高安全性、高性能和低成本这三大要素极具挑战。

通常情况下，为了让锂离子在固体中快速移动，往往需要添加昂贵的稀有金属，或者采用极其复杂的制造工艺，这大大阻碍了其商业化进程。

韩国团队的低成本突破

韩国科学技术院（KAIST）于1月7日宣布了一项重大突破。由材料科学与工程系徐东华（Dong-Hwa Seo）教授带领的团队，找到了一条全新的技术路径。

该团队与首尔大学、延世大学及东国大学的研究人员合作，开发出一种针对全固态电池核心材料的全新设计方法。

这项技术的最大亮点在于“低成本”。研究人员证明，无需依赖昂贵的金属材料，仅通过精妙的结构设计，就能确保电池的高性能与低火灾风险。

核心技术：框架调控机制

传统电池依靠液态电解质传输锂离子，而全固态电池则使用固态电解质。如何在固体中为锂离子开辟“高速公路”是技术关键。

研究团队将目光投向了廉价的锆（Zr）基卤化物固态电解质。他们创新性地引入了氧（Oxygen）和硫（Sulfur）等“二价阴离子”。

这些二价阴离子在电解质的基础骨架中扮演了关键角色。团队将其命名为“框架调控机制”（Framework Regulation Mechanism）。

通过这种机制，研究人员能够精确控制材料的内部晶体结构，有效拓宽了锂离子的传输通道，并降低了传输过程中的能量壁垒。

性能实测：导电率翻倍

为了验证这一设计的有效性，研究团队动用了高能同步辐射X射线衍射（Synchrotron XRD）和X射线吸收光谱（XAS）等高精度分析技术。

结合密度泛函理论（DFT）建模分析，结果显示，引入氧或硫的电解质，其锂离子迁移率比传统的锆基电解质提高了2到4倍。

具体数据显示，掺杂氧的电解质在室温下的离子导电率约为1.78 mS/cm，而掺杂硫的电解质则为1.01 mS/cm。

在电池行业中，室温离子导电率超过 1 mS/cm 通常被视为具备实际应用价值的门槛。这意味着该材料已达到商业化标准。

从“选材”到“设计”的思维转变

KAIST徐东华教授对这一成果寄予厚望。他表示，这项研究提出了一种全新的设计原则，利用廉价原材料同时解决了成本和性能问题。

他强调，这种非昂贵金属的结构优化方案，在工业应用方面具有极高的潜力，有望加速全固态电池的市场普及。

论文的第一作者Jae-Seung Kim补充道，这项研究标志着电池材料的研发重点正在发生转移：从单纯寻找“用什么材料”，转向了“如何设计材料”。

研究支持与发表

这项具有里程碑意义的研究，得到了三星电子未来技术促进中心、韩国国家研究基金会及国家超级计算中心的大力支持。

研究论文题为《锆基卤化物固态电解质中的二价阴离子驱动框架调控》，已于2025年11月27日发表在国际顶级期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上。

随着这一设计理念的推广，未来我们有望看到更多价格亲民且绝对安全的电子设备与电动汽车问世。

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