全陶瓷固態電池耐高溫達150°C，可用於軍事與航太無人機設備

中國清華大學領導的研究團隊，成功開發出一款微型全陶瓷固態鋰離子電池（All-Ceramic Multilayer Lithium-ion Battery，ACMLB），專為在極端環境下為微型電子設備提供安全穩定的電力而設計。

耐高溫表現亮眼

根據研究論文，這款電池能在高達 150°C（302°F） 的溫度下穩定運作，甚至可以承受 300°C（572°F） 長達 20 秒的瞬間熱衝擊而不損壞。

研究人員在論文中指出：「ACMLB 在寬溫度範圍（0°C–150°C）表現出優異的電化學性能，具備不可燃性與高安全性，為穿戴式微型電子設備提供可靠且高性能的電力解決方案。」

解決傳統鋰電池的安全隱患

傳統鋰離子電池因能量密度高而被廣泛應用，但其液態電解質在高溫或受到物理損傷時，存在嚴重的起火與爆炸風險。這一安全隱患使其在航太設備、軍事應用及工業物聯網（IoT）感測器等惡劣環境中的使用受到限制。

固態鋰電池以固態材質取代液態電解質，提供不可燃的替代方案，但要針對微型設備開發全陶瓷版本，長期以來面臨一大難題：厚度與強度之間的取捨——陶瓷層若薄至微電子所需程度，結構強度便會大幅下降。

多層堆疊技術突破製造瓶頸

清華大學團隊採用了一項巧妙的製造技術：多層陶瓷堆疊。

這一架構有效解決了氧化物電解質的經典工程難題——在維持高能量密度所需薄度的同時，確保足夠的機械強度以防止結構損壞，並且能夠提升單一電芯的電容量。

在共燒結製程（將材料一起加熱燒結）過程中，層與層之間的邊界會自然形成一層特殊的化學介面層。這層微觀介面填補了電池內部所有間隙，既能將電池緊密黏合，又能讓鋰離子快速穿透傳導。

適用於微型與穿戴式裝置

這款全陶瓷電池具有高度可客製化與可堆疊的特性，能輕鬆調整規格以適配不同設備，並在各種溫度下保持穩定。

以 150°C 的工作溫度為例，一般智慧型手機電池在此溫度下幾分鐘內便會膨脹、破裂甚至引發化學性燃燒，而這款陶瓷電池卻毫無影響。

在室溫測試中，電池表現同樣出色。論文中的技術數據顯示：「一組 10 並聯的 ACMLB，在室溫下以 50 μA cm⁻² 電流密度進行長期循環充放電測試，初始容量為 105 μAh，經 100 次循環後仍保有 80 μAh，容量保持率為 76.2%。」

此外，這款電池無需任何外部壓力維持形狀，且可在一般空氣環境（而非昂貴的密閉真空實驗室）中製造，有望大幅降低生產成本。

研究論文進一步指出：「該電池完全不可燃，在持續外部燃燒下仍能維持結構完整性，在空氣中具有優異的熱穩定性，在安全性方面顯著優於採用液態、聚合物或複合電解質的電池。」

未來展望

研究團隊認為，這項創新有潛力加速全固態電子設備在微型與穿戴式裝置領域的商業化進程。憑藉高能量密度與不可燃的安全特性，這款電池被視為下一代技術的理想選擇，應用範疇涵蓋智慧感測器、航太設備及軍事應用。

相關研究成果已發表於國際學術期刊《Matter》。

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