扩展锂离子电池的极限:全固态电池的电极     DATE: 2023-03-07 21:42:03

扩展锂离子电池的极限:全固态电池的电极

 
 
科学家们通过开发在电极/固体电解质界面处具有低电阻的电池,解决了全固态电池的主要缺点之一。制造的电池表现出优异的电化学性能,大大超过了传统和无处不在的锂离子电池;因此,展示了全固态电池技术的前景及其革新便携式电子产品的潜力。
 
    

东京工业大学的科学家们通过开发在电极/固体电解质界面处具有低电阻的电池,解决了全固态电池的主要缺点之一。制造的电池表现出优异的电化学性能,大大超过了传统和无处不在的锂离子电池;因此,展示了全固态电池技术的前景及其革新便携式电子产品的潜力。

许多消费者都熟悉可充电锂离子电池,这种电池在过去几十年中得到发展,现在在各种电子设备中都很常见。尽管用途广泛,但科学家和工程师认为,传统的锂离子电池技术已接近其全部潜力,需要新型电池。

全固态电池是一种新型锂离子电池,已被证明是具有更高能量密度、更安全、更稳定的储能装置。然而,由于其主要缺点,此类电池的使用受到限制:它们在电极/固体电解质界面处的电阻过高,阻碍了快速充电和放电。

东京工业大学和东北大学的科学家在 Taro Hitosugi 教授的带领下,使用 Li(Ni 0.5 Mn 1.5 )O 4 (LNMO) 制造了具有极低界面电阻的全固态电池,通过在超高低温下制造和测量电池真空条件,确保电解质/电极界面没有杂质。

制造后,对这些电池的电化学特性进行了表征,以阐明界面周围的锂离子分布。X 射线衍射和拉曼光谱用于分析构成电池的薄膜的晶体结构。发现锂离子从 Li3PO4 层到 LNMO 层发生自发迁移,在 Li 3 PO 4 /LNMO 界面将一半的 LNMO 转化为 L 2 NMO 。反向迁移发生在初始充电过程中以再生 LNMO。

使用电化学阻抗谱验证该界面的电阻为 7.6 Ω cm 2,比之前基于 LMNO 的全固态电池小两个数量级,甚至小于基于液体电解质的锂离子电池使用 LNMO 的电池。这些电池还表现出快速充电和放电,能够在一秒钟内充放电一半的电池。此外,电池的循环性能也非常出色,即使经过 100 次充电/放电循环后性能也没有下降。

Li(Ni 0.5 Mn 1.5 )O 4是提高电池能量密度的有前途的材料,因为该材料提供更高的电压。研究团队希望这些成果能够促进高性能全固态电池的开发,从而彻底改变现代便携式电子设备和电动汽车。