基于氧化物固態電解質的全固態金屬電池具有更高的安全性和能量密度。但是，金屬電極與固態電解質之間的不良接觸以及由此引發的界面問題嚴重阻礙了固態電池的實際應用。針對這個難題，材料科學與工程學院王達健、毛智勇研究團隊提出室溫超聲波焊接策略以改善堿金屬電極與氧化物陶瓷固體電解質之間的接觸性能。相關成果以“Improving the alkali metal electrode/inorganic solid electrolyte contact via room-temperature ultrasound solid welding”為題發表在近期的Nature Communications（2021, 12, 7109）期刊上。
超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面使其相互摩擦進而結合，在金屬和陶瓷的焊接結合領域具有比較廣泛應用。在這項工作中，作者采用超聲波焊接技術在室溫下短時間內實現了鈉金屬電極和Na3Zr2Si2PO1陶瓷電解質之間的牢固結合。超聲波焊接構建的Na/Na3Zr2Si2PO12界面具有低的界面阻抗 (~22.6 Ωcm2 )，緊密接觸的界面使室溫鈉對稱電池可在0.1~0.2 mA cm-2的電流密度下長時間穩定運行，顯著提高其臨界電流密度(0.6 mA cm-2)，證明循環過程中鈉金屬可在界面處穩定地進行沉積和剝離。組裝的UW-Na|Na3Zr2Si2PO12|Na3V2(PO4)3電池可以穩定地循環超過900圈，并擁有89.81%的高容量保持率。這一工作展示了一種快速、方便、低成本的方法來構建堿金屬負極和陶瓷電解質之間緊密結合界面，為解決固態金屬電池中的界面問題提供了新的途徑。
該工作以天津理工大學作為獨立完成單位發表，第一作者為博士生王欣欣，通訊作者為毛智勇，充分體現學校近年來在研究生培養和學科建設方面取得的成績。該論文得到國家自然科學基金和天津市自然科學基金支持。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27473-4.
