橡树岭国家实验室的科学家们正致力于改进电池，为电动汽车充电，储存可再生但间歇性的太阳能和风能，为更高能量密度的锂离子电池研发出第一种高性能纳米结构固体电解质。
今天的锂离子电池依赖于液体电解质，这种材料在带负电的阳极和正极之间传导离子。但是液体电解质由于其易燃性而经常引起安全问题，尤其是当研究人员试图在更小的电池体积中包装更多的能量时。正如ORNL研究人员所证明的那样，用固体电解质制造电池可以克服这些安全问题和尺寸限制。
“为了制造更安全，更轻便的电池，我们需要在开始时考虑安全性，”ORNL的成都梁说，他在美国化学学会期刊上发表了新发表的研究。“我们从一种在电池系统中高度稳定的传统材料开始 - 特别是与锂金属阳极兼容的材料。”
使用纯锂金属作为阳极的能力最终可以产生比使用碳基阳极的当前版本强大5到10倍的电池。
“在易燃有机电解质中循环高活性锂金属会引起严重的安全问题，”梁说。“固体电解质使锂金属循环良好，安全性大大提高。”
ORNL团队通过操纵称为硫代磷酸锂的材料来开发其固体电解质，使其能够以比其天然散装形式快1000倍的速度传导离子。研究人员使用了一种称为纳米结构的化学过程，它改变了构成材料的晶体结构。
“考虑一下大石英水晶和非常精细的沙滩，”合着者Adam Rondinone说。“你可以拥有相同的总体积材料，但它被分解成非常小的颗粒，它们被包装在一起。它由大致相同比例的相同原子组成，但在纳米尺度上，结构是不同的。现在这种固体材料以比原始大晶体更大的速率传导锂离子。“
研究人员正在继续测试实验室规模的电池单元，该团队发明的专利正在申请中。
“我们使用室温，基于溶液的反应，我们相信这些反应很容易扩大，”Rondinone说。“这是制造大量这种材料的节能方式。”
该研究发表为“纳米多孔β-Li3PS4的异常高离子电导率”，其ORNL合着者为曾增才，吴均富，Andrew Payzant，项羽，吴自力，Nancy Dudney，Jim Kiggans，昆仑洪，Adam Rondinone和成都梁。这项工作由美国能源部科学办公室的材料科学与工程系赞助。