Akumulatory w stanie stałym stanowią przełom i solidny krok w kierunku komercjalizacji

Zespół naukowców z Tokio Institute of Technology, AIST i Yamagata University wynalazł strategię przywracania niskiego oporu.W ten sposób dokonuje się solidnego kroku na drodze do komercjalizacji akumulatorów w stanie stałymBadacze zbadali również mechanizm redukcji, co otworzyło drogę do fundamentalnego zrozumienia działania baterii litowych w stanie stałym.

Baterie litowe stały się nowym modem w nauce i inżynierii materiałowej, ponieważ tradycyjne baterie litowo-jonowe nie mogą już spełniać standardów zaawansowanych technologii.takie jak pojazdy elektryczne wymagające dużej gęstości energiiAkumulatory w stanie stałym, które używają elektrolitu stałego zamiast ciekłego elektrolitu występującego w konwencjonalnych bateriach, spełniają nie tylko te normy,ale są również stosunkowo bezpieczniejsze i wygodniejsze, ponieważ mogą być ładowane w krótkim czasie.

Jedno z ważnych wyzwań polega na tym, że w interfejsie między katodą a stałym elektrolitem występuje duży rezystancja.którego źródło nie jest dobrze poznanePonadto, gdy powierzchnia elektrody jest narażona na działanie powietrza, wzrasta opór, co obniża pojemność i wydajność baterii.Chociaż podjęto pewne próby zmniejszenia oporu, nikt nie był w stanie zmniejszyć jej do 10Ω cm2 (ohm-centimetr- kwadrat), wartości oporu powierzchniowego zgłoszonej, gdy nie jest narażona na działanie powietrza.

W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie ACS Applied Materials & Interfaces, zespół badawczy kierowany przez profesora Taro Hitosugi z Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) w Japonii i Shigeru Kobayashi,student doktorancki w Tokio Institute of Technology, może wreszcie rozwiązać problem.

Ustanawiając strategię przywrócenia niskiego oporu powierzchniowego i odkrywając mechanizm tego zmniejszenia,Zespół dostarczył cennych informacji na temat wytwarzania wysokowydajnych akumulatorów w stanie stałymBadania te są wynikiem wspólnego badania przeprowadzonego przez Tokio Institute of Technology, Narodowy Instytut Zaawansowanych Technologii Przemysłowych (AIST) w Japonii i Uniwersytet w Yamagata.

Najpierw zespół przygotował baterię z cienką warstwą składającą się z anody litu, katody tlenku kobaltu litu i elektrolitu stałego 3PO4.Zespół wystawił powierzchnię tlenku kobaltu na powietrze., azotu (N2), tlenu (O2), dwutlenku węgla (CO2), wodoru (H2) i pary wodnej (H2O) przez 30 minut.

Ku ich zaskoczeniu okazało się, że ekspozycja na N2, O2, CO2 i H2 nie pogorszyła wydajności komórek w porównaniu z komórkami nieeksponowanymi."Tylko para H2O silnie niszczy Li3PO4-LiCoO2 i dramatycznie zwiększa wartość oporu, co jest ponad 10 razy wyższe niż w przypadku nieeksponowanego interfejsu" - powiedział prof. Hitosugi.

Następnie zespół przeprowadził proces zwany "grzewaniem", w którym próbka była poddawana obróbce cieplnej w stylu akumulatora w temperaturze 150 ° C przez godzinę, gdzie odkładano elektrodę ujemną.Zaskakująco.W ten sposób opór zmniejszył się do 10,3Ω cm2, co jest porównywalne do oporu nieeksponowanej komórki.Następnie zespół odkrył, że ta redukcja może być przypisana spontanicznemu usuwaniu protonów ze struktury dwutlenku litu podczas "przeżarcia". "

Prof. Hitosugi podsumowuje: "Nasze badania pokazują, że protony w strukturze kobaltu litu odgrywają ważną rolę w procesie odzyskiwania.Mamy nadzieję, że wyjaśnienie tych mikroskopijnych procesów między powierzchniami pomoże poszerzyć potencjał zastosowań akumulatorów w stanie stałym".