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立方晶体层改善了锂离子电池的效率

发布于:2018-05-14   

(a)Nb衬底上的Li5La3Nb2O12晶体层的横截面SEM图像和(be)SEM-EDS元素映射:(b)SEM图像,(c)Nb,(d)La和(e)O.自然,doi:10.1038 / s41598-017-18250-9

研究人员开发了一种提高锂离子电池效率的新方法。通过立方晶体层的生长,科学家们在电池的电极之间形成了一层薄而致密的连接层。

日本信州大学材料化学系能源与环境科学中心的Nobuyuki Zettsu教授和中心主任Katsuya Teshima教授领导了这项研究。作者于今年1月在科学报告中公布了他们的结果。

“由于液体电解质的一些固有特性,例如低的锂输运数量,固/液界面处的复杂反应以及热不稳定性,在任何当前的电化学装置中都不可能同时获得高能量和功率, “作为论文的第一作者,Nobuyuki Zettsu说。

锂离子电池可充电,并为手机,笔记本电脑,电动工具等设备供电,甚至为电网储存电力。它们对温度通量特别敏感,并且已知会引起火灾甚至爆炸。为了回应液体电解质的问题,科学家们正在努力开发一种不含液体的更好的全固态电池。

在1300K的温度下对于Σ3(2-1-1)=(1-21)获得的Li,La,Nb和O骨架原子的轨迹。自然,doi:10.1038 / s41598-017-18250-9

“尽管全固态电池具有预期的优势,但它们的功率特性和能量密度必须得到改善,才能应用于远距离电动汽车等技术中,”Zettsu说。 “全固态电池的低倍率和低能量密度部分归因于缺乏合适的固体 - 固体异质界面形成技术,这些技术显示出与液体电解质体系相当的高图标导电率。”

Zettsu和他的团队在熔融LiOH中用石榴石型氧化物固体电解质晶体作为溶剂(助焊剂)在基板上生长时将电极粘合成固态。一种已知可立即生长的特定晶体化合物使研究人员能够控制该层内的厚度和连接面积,该层可充当陶瓷分离器。

“电子显微镜观察表明,表面密布着清晰的多面体晶体。每个水晶都与邻近的水晶相连,“Zettsu写道。

Zettsu还表示,当将电解质层堆叠在电极层上时,新生长的晶体层可能是理想的陶瓷隔板。

“我们相信,我们的方法对于界面处的副反应具有鲁棒性,可能会导致生产具有薄且致密界面的理想陶瓷分离器,”Zettsu写道,注意到在该特定实验中使用的陶瓷太厚而无法使用在固体电池中。 “但是,只要电极层可以做成100微米薄,堆叠层将作为固体电池工作。”

一百微米大约是人发的宽度,略小于现代锂离子电池中标准电极层厚度的两倍。

Zettsu说:“全固态电池是能源存储设备的有希望的候选者,”他指出,研究人员和私营公司之间的几项合作已经在进行中,最终目标是在2020年奥运会上展示全固态电池样品。东京。

Zettsu和其他研究人员计划到2022年为电动汽车和可穿戴设备制造原型电池。

出版物:Nobuyuki Zettsu等人,“通过基板上的通量中的晶体生长促进的薄且致密的固 - 固异质结形成”,Scientific Reports,第8卷,文章编号:96(2018)doi:10.1038 / s41598-017- 18250-9

来源:信州大学Tsuchida Taku

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