鋰離子（Li-ion）電池的進步使各種便攜式設備變得可行，并推動了電子產品的發展。然而，傳統鋰離子電池的內在缺點，其電池使用液體電解質溶液，使其不完全適合電動汽車等備受期待的應用。這些限制包括有限的耐用性、低容量、安全問題以及對其毒性和碳足跡的環境問題。幸運的是，科學家們現在正專注于解決所有這些問題的下一代解決方案：全固態電池。固體電解質的使用使這種類型的電池更安全，并能夠保持更大的功率密度。

然而，這些電池的一個關鍵問題是電解質-電極界面處的高電阻，這會降低全固態電池的輸出并阻止它們快速充電。這種高界面電阻背后的一個討論機制是雙電層(EDL)效應，它涉及在與電極的界面處從電解質中收集帶電離子。這會產生一層正電荷或負電荷，進而導致相反符號的電荷以相等的密度在整個電極上累積，從而形成雙層電荷。檢測和測量全固態電池中的EDL的問題在于，傳統的電化學分析方法無法解決問題。

在日本東京理科大學，由TohruHiguchi副教授領導的科學家們使用一種全新的方法來評估全固態電池的固體電解質中的EDL效應，從而解決了這個難題。這項研究在線發表在Nature'sCommunicationsChemistry上，是與日本國立材料科學研究所國際材料納米結構中心(MANA)首席研究員TakashiTsuchiya和同一組織的MANA首席研究員KazuyaTerabe合作進行的.

新方法圍繞使用氫化金剛石和固體鋰基電解質制成的場效應晶體管(FET)展開。FET是一種三端晶體管，其中源極和漏極之間的電流可以通過在柵極上施加電壓來控制。由于FET的半導體區域中產生的電場，該電壓控制電子或空穴（帶正電荷的“電子空位”）的密度。通過利用這些特性并使用化學惰性的金剛石通道，科學家們排除了影響通道導電性的化學還原氧化效應，只留下由于EDL效應積累的靜電荷作為必要原因。

因此，科學家們在金剛石電極上進行了霍爾效應測量，該測量僅對材料表面上的帶電載流子敏感。他們使用了不同類型的鋰基電解質，并研究了它們的成分如何影響EDL。通過他們的分析，他們揭示了EDL效應的一個重要方面：它由界面附近（約5納米厚）的電解質組成決定。如果電解質材料允許發生電荷補償的還原-氧化反應，則EDL效應可以被抑制幾個數量級。

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該團隊現在計劃用他們的方法來分析其他電解質材料中的EDL效應，希望找到有關如何降低下一代電池界面電阻的線索。我們希望我們的方法將導致未來具有非常高性能的全固態電池的開發，樋口博士總結道。此外，更好地理解EDL也將有助于電容器、傳感器、存儲器和通信設備的開發。讓我們希望其他科學家能夠更輕松地探索這種復雜的現象，從而使固態離子器件領域不斷進步。