與電動汽車的鋰離子電池相比，用于智能手表等小型電子設備的固態電池可能更安全強大，且可存儲太陽能電池板的能量以備后用。然而，固態電池的普及仍存在一些技術挑戰。
據外媒報道，桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）研究小組發現，在許多情況下，含有少量液體電解質的固態電池比鋰離子電池更安全。如果發生短路，電池會釋放所有儲存的能量，理論上超級安全的全固態電池也可能會釋放出危險的熱量。
桑迪亞博士后研究員Alex Bates表示：“固態電池或可變得更安全，且具有更高的能量密度。對電動汽車而言，這意味著更高的續航里程，或更少的電池來進行電網規模的儲能。添加液體電解質還可推動商業化，且不會犧牲安全性。”
通過化學改善電池
固態電池有點像鋰離子電池。這兩種電池中的鋰離子會從電池的一側移動到另一側，而電子則通過電路為設備供電。但區別在于鋰離子電池中，液體電解質可以幫助鋰離子快速移動。
參與該項目的桑迪亞電池測試實驗室（Battery Abuse Testing Laboratory）的電池安全專家Loraine Torres-Castro將液體電解質比作一隊駛入車道的汽車：可將鋰離子直接運送到需要去的地方。然而，目前的液體電解質易燃，可能導致電池爆炸或起火，尤其是在電池損壞時。
在固態電池中，液態電解質由固態電解質取代，從而加快鋰離子快速移動。Bates稱該技術的挑戰在于雖然鋰離子可以在固體電解質中快速移動，但它們很難從固體電解質移動到電極，反之亦然。固體電解質就像一列火車，可以快速將鋰離子運送到車站，但乘客仍然需要走一段很遠的路才能回家。
為加快這種直接運送過程，科學家在電池的正極一側添加了少量液體電解質，從而提高電池充電速度和性能。
然而，該項目的桑迪亞電池可靠性專家Yuliya Preger表示：“在固態電池研究界，關于將液體電解質用于‘潤滑車輪’的安全性存在很多爭議。一些科學家說，無論加入多少液體電解質都是不安全的。因此，我們進行了計算，以確定液體電解質的影響可能有哪些。”
勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的電池科學家Steve Harris和桑迪亞電池科學家Katie Harrison也都參與了這項研究。
固態電池有多安全？
為了確定帶有少量液體電解質的固態電池的安全性，研究小組首先計算了帶有不同體積液體電解質的鋰離子電池、全固態電池和固態電池可以釋放的熱量值。隨后，研究人員還對電池可能發生的三種故障進行研究，以及測量每種故障所釋放的熱量值。
該項目的桑迪亞熱釋放計算專家John Hewson表示：“我們首先確定了這三種電池中有多少化學能。因為電池可以釋放的能量值是固定的，如果確實發生化學反應，這些能量會加熱電池。”
Torres-Castro稱，可能發生的第一種故障是電池因周圍電池或設施而起火。在這些情況下，研究人員發現，帶有少量液體電解質的固態電池產生的熱量約為同類鋰離子電池的五分之一，具體值取決于液體電解質的多少。因此沒有液體電解質的固態電池不會產生任何熱量。
可能發生的第二種電池故障是反復充放電使得鋰金屬形成枝晶。Preger稱枝晶可刺穿能夠區分陰陽兩側的隔膜，從而引起短路。在這種情況下，上述三種電池產生的熱量相近，具體值取決于電池中鋰金屬的含量。
固態電池可能發生的第三種故障是固態電解質可能會發生破裂。Torres-Castro表示，如果電池在運行過程中被壓碎或刺破，或者壓力升高，電池一側的氧氣就會和另一側的鋰金屬發生反應，從而會引起電池破裂。在這些情況下，沒有液體電解質的固態電池的溫度與鋰離子電池非常接近，這一點讓研究小組非常震驚。
從安全計算到實驗室實驗
Preger稱：“固態電池的優勢在于其安全性，因為固態電解質十分堅固，不太可能會破裂。但一旦發生破裂，其溫度升高可能與鋰離子電池失效時一樣。此項研究著重強調了設計隔膜的重要性，從而保證固態電池的安全性。”
Bates稱該項目的下一步計劃是使用其他固體電解質材料進行類似的研究，并驗證新的和原始的計算。Bates表示：“我們發現，若固態電池含有鋰金屬，無論它是否含有液態電解質，該電池都存在潛在危險。通過此次研究，我們發現性能和安全性間存在一定的權衡，但若僅添加一小部分液體電解質，電池的性能就能得到顯著提高，且對安全性的影響很小。”
Torres-Castro補充說：“清楚并確切知道少量液體電解質不會引發巨大安全問題，將有助于固態電池的商業發展。添加液體電解質可以解決其主要問題之一，即固體電解質界面。”
