在美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL),科学家们已经成功地使用中子反射计看起来在一个固态电池和跟踪其电化学工作第一次。
固态电池,活性金属锂(蓝色)可以用固态电解质稳定共存叫LiPON(黄色)当一个相间(绿色),大约70个原子厚,形式。图片来源:吉尔Hemman / ORNL,美国能源部门。
研究人员发现,其杰出的性能都是极薄的一层,在这锂原子快速从阳极向阴极流动和混合成固态电解质。
”我们想要更好的电池。这意味着更多的能量密度,较低的成本、更快和更安全的电池充电和长寿”,表示ORNL的安德鲁•威斯多佛共同研究报告ACS能源字母与詹姆斯·布朗宁在实验室的散裂中子源。
依赖于锂充电电池,小金属原子包紧到带负电的阳极提高能量密度。与大多数电解质——然而,锂是不稳定的一个因素的可燃性的笔记本电脑,智能手机,电动汽车电池使用液体电解质。
威斯多佛说,“修复可燃性问题,我们需要切换到固体电解质。”
这就是磷锂氮氧化物,否则称为LiPON——固态电解质ORNL发明几乎三十年前——发挥作用了。
弄不明白为什么它工作得很好。我们想要与LiPON规模大得多的工作。但是我们必须先理解它。
研究共同作者安德鲁•威斯多佛橡树岭国家实验室
以前的工作表明,固体电解质界面或SEI -一层保护和稳定的固态电池——是一个主要贡献者其重复充放电能力。在这种情况下,间期是由化学梯度的富锂层混合成纯LiPON锂含量减少。
布朗宁说,“在一个正常的电池,电解液之间的界面形式和工作电极。随着时间的推移你周期德州仪器电池充电和放电,材料可以改变成分和厚度。”
如果你有一个好的SEI,你的电池。如果你有一个糟糕的SEI,它不是。的原因,你的手机电池的能力慢慢减少每年是因为SEI扩大和消费你的液态电解质的电池。
研究共同作者安德鲁•威斯多佛橡树岭国家实验室
LiPON-based固态电池而言,然而,一层薄薄的SEI挂起锂的发展,从而使它稳定,增长不像SEI在传统的电池。
与电化学研究人员与中子反射计量化LiPON之间的稳定的间期和锂第一次。这是7海里一样薄。
威斯多佛说,“这项研究中,我们发现约70原子形成的层厚。这项工作表明可以在薄的固态电池接口,并提供出色的性能。”
小规模和固态材料把科学家利用中子研究电池的内部。亚博网站下载
x射线的发现之前,你不能看下看到一个体内骨骼皮肤。你必须把皮肤切开。直到现在,基本上是被大多数人使用的方法在电池看间期。在这种情况下,规模太小,削减任何开放。
研究共同作者安德鲁•威斯多佛橡树岭国家实验室
威斯多佛补充道,“我们需要一个工具,它允许我们通过材料、无损探测它在规模和理解在间期发生了什么。这就是中子反射计进来了。”
布朗宁说:“我们感兴趣的一个电池是如何执行的,所以我们需要一种方法的内部,它做的事情,在长度范围内操作,对设备的功能很重要,探索稳定,长期cyclability等。
布朗宁说,“因为中子是弱相互作用,我们可以让他们点我们想调查没有任何干扰,更重要的是,让他们退出的地方我们可以确定发生了什么兴趣的间期。”
耦合中子反射计与电化学加速知识之间的间期锂金属在固态电池和固体电解质存在。
威斯多佛说,“这种技术的结合为我们打开门看整个光谱的固态电解质材料和确定哪些将使你的充电快,高能电池亚博网站下载。我们已经开始2.0版本,我们看到一种不同类型的固体电解质和开始了解他们是什么样子的。”
他补充道,“新材料需亚博网站下载要发明了这种稳定”。未来高性能电池的设计将取决于它。
这项研究是在经济上支持美国能源部的能源效率和可再生能源办公室车辆技术办公室。本研究利用资源执行SNS,能源部科学办公室用户ORNL设施功能。亚博老虎机网登录
期刊引用:
勃朗宁,k . L。等。(2023)原位测量埋Electrolyte-Electrode接口固态电池纳米级精度。ACS能源字母。doi.org/10.1021/acsenergylett.3c00488。
来源:https://www.ornl.gov/