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全固态电池的安全性、耐用性和容量都得到了提高，预计将用液体电解质代替传统电池。然而，电双层效应被认为是一种阻碍电池性能的现象，而且很难测量。为了解决这个问题，科学家们开发了一种新的方法，利用基于金刚石的场效应晶体管来探索EDL，为更好的固态离子器件和电池铺平了道路。
锂离子电池的发展使各种便携设备成为可能，并推动了电子行业的发展。然而，传统锂离子电池使用液态电解质溶液，其固有的缺点使其不完全适合期待已久的应用，如电动汽车。这些限制包括有限的耐久性，低容量，安全问题，以及关于其毒性和碳足迹的环境问题。幸运的是，科学家们现在正专注于解决所有这些问题的下一代解决方案:全固态电池。使用固体电解质使这种类型的电池更安全，能够保持更大的功率密度。
然而，这些电池的一个关键问题是在电解质-电极界面发现的高电阻，这降低了全固态电池的输出，阻止了它们快速充电。这种高界面电阻背后的一个被讨论的机制是电双层(EDL)效应，它涉及电解液中带电离子在与电极的界面上的聚集。这就产生了一层正电荷或负电荷，这反过来又会导致负号相反的电荷以相同的密度在整个电极上聚集，形成双层电荷层。在全固态电池中检测和测量EDL的问题是传统的电化学分析方法无法实现。
在日本东京科学大学，由副教授Tohru Higuchi领导的科学家们已经解决了这个难题，他们使用了一种全新的方法来评估全固态电池的固体电解质中的EDL效应。这项研究发表在《自然通讯化学》的网站上，是与日本国家材料科学研究所国际材料纳米结构中心(MANA)的首席研究员Takashi Tsuchiya和同一组织的MANA首席研究员Kazuya Terabe合作进行的。
这种新方法围绕着用氢化金刚石和固态锂基电解质制成的场效应晶体管(fet)展开。fet是一种三端晶体管，其源极和漏极之间的电流可以通过在栅极上施加电压来控制。由于FET半导体区域产生的电场，这个电压控制着电子或空穴(带正电荷的“电子空穴”)的密度。通过利用这些特性并使用化学惰性的钻石通道，科学家们排除了影响通道电导率的化学还原-氧化效应，只留下由于EDL效应积累的静电电荷作为必要原因。
因此，科学家们对金刚石电极上的霍尔效应进行了测量，霍尔效应只对材料表面的带电载流子敏感。他们使用了不同类型的锂基电解质，并研究了其组成对EDL的影响。通过他们的分析，他们揭示了EDL效应的一个重要方面:它由界面附近(大约5纳米厚度)的电解质组成主导。如果电解质材料允许还原-氧化反应让路给电荷补偿，EDL效应可以被抑制几个数量级。Higuchi博士强调说:“我们的新技术被证明在揭示固体电解质界面附近EDL行为方面是有用的，并有助于澄清界面特性对全固态锂离子电池和其他离子器件性能的影响。”
该研究小组现在计划用他们的方法来分析其他电解质材料中的EDL效应，希望找到如何降低下一代电池界面电阻的线索。“我们希望我们的方法能在未来引领高性能全固态电池的发展，”Higuchi博士总结道。此外，更好地理解EDL也将有助于电容器、传感器、存储器和通信设备的开发。希望其他科学家能更容易地探索这一复杂的现象，从而使固态离子器件领域不断向前发展。
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