Vollfeste Batterien führen einen großen Durchbruch ein und machen einen soliden Schritt in Richtung Kommerzialisierung

Ein Forscherteam vom Tokyo Institute of Technology, AIST und der Yamagata Universität hat kürzlich eine Strategie entwickelt, um einen geringen Widerstand wiederherzustellen.Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Vermarktung von Vollbatterien.Sie untersuchten auch den zugrunde liegenden Reduktionsmechanismus und ebneten den Weg für ein grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von Lithiumbatterien im festen Zustand.

Lithiumbatterien im festen Zustand sind zu einem neuen Trend in der Materialwissenschaft und -technik geworden, weil traditionelle Lithium-Ionen-Batterien nicht mehr den Standards fortschrittlicher Technologien entsprechen können.Elektrische Fahrzeuge mit hoher EnergiedichteDies ist ein wichtiger Faktor für die Erhaltung der Energieeffizienz.aber auch relativ sicherer und bequemer, weil sie in kurzer Zeit aufgeladen werden können.

Einer der wichtigsten Herausforderungen besteht darin, dass die Schnittstelle zwischen der Kathode und dem festen Elektrolyt einen großen Widerstand aufweist.deren Quelle nicht gut bekannt istDarüber hinaus erhöht sich der Widerstand, wenn die Elektrodenoberfläche Luft ausgesetzt wird, was die Kapazität und Leistung der Batterie beeinträchtigt.Obwohl einige Versuche unternommen wurden, den Widerstand zu verringern,, konnte niemand sie auf 10Ω cm2 (Ohm-Zentimeter-Quadrat) reduzieren, den gemeldeten Grenzflächenwiderstandswert, wenn sie nicht der Luft ausgesetzt ist.

In einer kürzlich in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlichten Studie führte ein Forscherteam um Professor Taro Hitosugi vom Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) in Japan und Shigeru Kobayashiein Doktorand am Tokyo Institute of Technology, könnte das Problem endlich gelöst haben.

Durch die Festlegung einer Strategie zur Wiederherstellung des niedrigen Schnittstellenwiderstands und die Aufklärung des Mechanismus dieser Verringerung,Das Team liefert wertvolle Erkenntnisse zur Herstellung leistungsstarker Solid-State-BatterienDie Forschung ist das Ergebnis einer gemeinsamen Studie des Tokyo Institute of Technology, des Japanischen Nationalen Instituts für fortgeschrittene industrielle Technologie (AIST) und der Yamagata Universität.

Zuerst stellte das Team eine Dünnschichtbatterie her, bestehend aus einer Lithium-Anode, einer Lithium-Kobalt-Oxid-Kathode und einem festen Elektrolyt 3PO4.Das Team hat die Oberfläche des Lithium-Kobalt-Oxids der Luft ausgesetzt., Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Kohlendioxid (CO2), Wasserstoff (H2) und Wasserdampf (H2O) für 30 Minuten.

Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass die Exposition gegenüber N2, O2, CO2 und H2 die Leistungsfähigkeit der Zellen im Vergleich zu nicht exponierten Zellen nicht verschlechterte."Nur der H2O-Dampf schwächt die Li3PO4-LiCoO2-Schnittstelle stark ab und erhöht dramatisch ihren Widerstandswert, die mehr als 10-mal höher ist als die der nicht freigelegten Schnittstelle", sagte Prof. Hitosugi.

Das Team führte anschließend einen Prozess namens "Annieren" durch, bei dem die Probe einer Wärmebehandlung im Batteriestil bei 150 ° C für eine Stunde unterzogen wurde, bei der die negative Elektrode abgelagert wurde.Überraschenderweise., wurde der Widerstand auf 10,3Ω cm2 reduziert, was mit dem Widerstand einer unbelichteten Zelle vergleichbar ist.Das Team stellte dann fest, dass diese Reduktion auf die spontane Entfernung von Protonen aus der Lithiumdioxid-Struktur während der "Annealing" zurückzuführen sein könnte.."

Prof. Hitosugi kommt zu dem Schluss: "Unsere Studie zeigt, daß Protonen in der Lithium-Kobaltat-Struktur eine wichtige Rolle beim Wiederherstellungsprozess spielen.Wir hoffen, daß die Aufklärung dieser interfacial-mikroskopischen Prozesse dazu beitragen wird, die Anwendungsmöglichkeiten von Voll-Festkörper-Batterien zu erweitern"..