稳定固态锂离子电池的接口,可以打开新的可能性

永无止境的存储最大能量电池体积或重量的前提下,固态电池是一种很有前途的技术。

稳定固态锂离子电池的接口,可以打开新的可能性。
这些光盘是用于测试研究人员对固体电解质电池的处理方法。在左边,一个样本的固态电解质本身的材料称为LLPO。中心,在同一材料涂层与阴极材料用于他们的测试。在右,LLPO材料涂层的黄金用于促进测量其电特性。图片来源:PjotrsŽguns。

在这些电池,标准的电解液电极之间来回运输费用会被替换成一个固态电解质层。这种电池不仅可以为他们提供能量的两倍大小,但也几乎完全删除与现在的锂离子电池相关的火灾隐患。

但有一个挫折对于固态电池:发现不稳定的固态电解质层和两个电极之间的边界两侧可以极大地减少电池的寿命。很少有研究使用独家涂料增强层之间的结合,但这增加了额外的费用涂料制造过程中的步骤。

现在,一组科学家麻省理工学院和布鲁克海文国家实验室制定的方法实现结果等于或超过涂层表面的持久性,但没有要求任何涂料。

新技术需要移除任何二氧化碳制造中发现一个关键的一步,称为烧结,在电池材料被加热到阴极和电解质层之间的结合形式,它是由陶瓷化合物。亚博网站下载

尽管数量的二氧化碳在空气中项都很小,以ppm,它可以戏剧性的和破坏性的影响。执行的烧结步骤纯氧形式债券相匹配的性能优异的涂层表面,没有涂层的额外成本,科学家们解释。

研究结果已发表在《华尔街日报》先进能源材料亚博网站下载在一篇文章中,麻省理工学院博士生Younggyu金教授核科学与工程和材料科学与工程的污垢Yildiz,和Iradikanari Waluyo和阿德里安亚博老虎机网登录·亨特布鲁克海文国家实验室。亚博网站下载

固态电池可取的了不同的原因很长时间了。固体电池的关键激励点他们更安全,有更高的能量密度。

教授舭Yildiz核科学与工程和材料科学与工程,麻省理工学院亚博网站下载亚博老虎机网登录

根据Yildiz,固态电池一直未能达到大规模商业化,因为两个因素:固态电解质的电导率低,界面不稳定问题。

导电性问题已经有效地处理,合理的高导电性材料已经验证,根据Yildiz。亚博网站下载但超过了不稳定,出现在接口已经相当具有挑战性。

这些不稳定可能发生在生产和电化学操作这样的电池,但就目前而言,科学家们把精力集中在制造业,特别是烧结过程。

烧结是必要的,因为如果只是陶瓷层压到对方,他们之间的联系远没有合适的;有几个缺口,整个界面电阻高。

烧结,这通常是在1000°C以上的高温陶瓷材料,使材料从每个原子进入其他发展债券。亚博网站下载团队的实验显示,在任何地方气温几百摄氏度,破坏性反应发生,提高电阻在接口——但只有在二氧化碳存在,即使在微量。

它们表明,避免二氧化碳,特别是维持纯氧大气在烧结过程中,可以形成良好的粘结温度高达700度,与创建的有害化合物。

cathode-electrolyte接口的性能使用这种技术,Yildiz说,是“与最好的界面电阻在文献中我们看到,“但这些都是使用的额外步骤来完成应用涂料。“我们发现,可以避免额外的制造步骤,这通常是昂贵的。”

固态电池提供能量密度的潜在好处源于他们允许使用纯金属锂作为电极,这比目前使用的轻很多lithium-infused石墨组成的电极。

研究人员目前正在探索的下一段这种电池的性能,这是这些债券在长期在电池循环。与此同时,新的研究结果可能迅速应用于电池生产,她说。

“我们提议是一个相对简单的过程制造的细胞。它不会增加太多能源制造点球。所以,我们认为,它可以通过制造工艺相对容易,”和额外的成本,计算,应该是无关紧要的。

丰田等大型公司已经参与了商业化的早期模型固态锂离子电池,和这些新发现可以迅速帮助公司提高技术的经济和韧性。

这项研究是由美国陆军研究办公室通过麻省理工学院的士兵纳米技术研究所。研究小组利用美国国家科学基金会支持的设施和设备能源部布鲁克海文国家实验室支持。亚博老虎机网登录

期刊引用:

金,Y。,。(2022)避免有限公司2提高界面的热稳定性73Zr2O12电解液分层氧化物阴极。先进能源材料亚博网站下载doi.org/10.1002/aenm.202102741

来源:https://mit.edu

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