Skillbox


Почти все в мире аккумуляторов говорят о твердотельных батареях как о «новой новой вещи». Коммерческие литиево-ионные аккумуляторы питают все от мобильных телефонов до электромобилей (EV) и электрических сетей. Однако общий консенсус в том, что они приближаются к концу пути развития, и в скором времени будет необходимо что-то новое.

В качестве альтернативы традиционным литиево-ионным батареям, твердотельные батареи, как ожидается, будут более безопасными и иметь более высокую плотность энергии. Твердотельные батареи заменяют традиционный легковоспламеняющийся жидкий органический растворитель электролитом с твердым полимерным или стеклянным материалом, который не горит и, следовательно, более безопасен. Как правило, они также заменяют графитовый анод фольгой из литиевого металла, увеличивая плотность энергии в два или более раза. Но до сих пор электрическое сопротивление на границе раздела между оксидом металла, составляющим катод (положительный электрод) и твердым электролитом, слишком велико, генерируя тепло и предотвращая быструю зарядку и разрядку.

 тонкопленочная литиевая батарея "height =" 600 "width =" 1227 "style =" width: 500px; height: 244px "class =" media-element file-default msgstr "
</tr>
<tr>
<td> <em> Тонкие слои материалов создаются на подложке для создания твердотельной батареи со значительно более низким внутренним сопротивлением. (Источник изображения: Tokyo Tech) </em> </td>
</tr>
</tbody>
</table>
<div class='code-block code-block-2 ai-viewport-1 ai-viewport-2' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<div  class=

Построенный тонкий

Исследователи из Токийского технологического института и университета Тохоку во главе с профессором Таро Хитосуги разработали серию тонкопленочных слоев между катодным материалом и твердым электролитом, которые значительно уменьшают электрическое сопротивление на границе раздела. Исследования из двух учреждений были недавно опубликованы в журнале ACS Applied Materials and Interfaces .

Испытательные батареи были изготовлены в сверхвысоком вакууме путем тонкопленочного осаждения слоев из различных материалов. Катод (положительный электрод) был литий-никель-марганцевым оксидом (Li (Ni 0,5 Mn 1,5 ) O 4 или LNMO). Этот материал считается перспективным из-за его более высокого напряжения (5 вольт при использовании с литиевым металлическим анодом), чем стандартные 4,2 вольта, полученные большинством современных химикатов литиево-ионных батарей.

Чтобы построить тестовую батарею, сконфигурированную монетой, слой подложки LaNiO 3 (лантан-никель-оксид) толщиной 20 нм был осажден на подложку из легированной ниобием керамики титаната стронция (Nb: SrTiO 3 ). На это был нанесен слой LNMO толщиной 60 нм, который находится в прямом контакте с твердым электролитом Li 3 PO 4 . Наверху с другой стороны твердого электролита толщиной 550 нм был помещен слой литиевого металла толщиной 500 нм, который действует как анод (отрицательный электрод).

Литиевая миграция

Используя рентгеновскую дифракцию и рамановскую спектроскопию, была проанализирована кристаллическая структура тонких пленок батареи. Было обнаружено, что спонтанная миграция ионов Li происходит из слоя Li3PO4 в слой LNMO, превращая половину LNMO в L 2 NMO на Li 3 PO 4 ] / LNMO », — сказали исследователи, согласно пресс-релизу Tokyo Tech. Обратная миграция произошла во время начального процесса зарядки для регенерации LNMO, согласно информации в релизе.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

  • Электролит: защитник великих вещей

  • Модифицирующие электролиты для улучшения ионно-литиевых батарей

  • Революции батареи предсказаны еженедельно, но это может быть реальным

Возможно, более существенным было то, что электрическое сопротивление на этом интерфейсе, измеренное с помощью электрохимической импедансной спектроскопии, оказалось равным 7,6 Ом, нормированное на площадь электрода (Ω см 2 ). Согласно данным пресс-релиза, это примерно на два порядка меньше этой меры на предыдущих твердотельных батареях на базе LMNO. По данным Tokyo Tech, он даже меньше, чем у литиево-ионной батареи на основе жидкого электролита, используя LMNO. Исследователи также обнаружили, что батарея не обнаружила ухудшения ее характеристик даже после 100 циклов заряда и разряда.

Хотя следует проявлять осторожность, чтобы не слишком много читать в исследованиях на батареях небольшого размера, работа профессора Хитосуги и его коллеги обращается к одному из камней преткновения в дальнейшей разработке твердотельных литиевых батарей. Если их решение окажется работоспособным, если его масштабировать до полноразмерного мешка и цилиндрических ячеек в коммерческом использовании, это может стимулировать разработку сильно меняющейся, сильно ожидаемой твердотельной литиевой батареи.

Старший редактор Кевин Клеменс уже более 30 лет пишет об энергетических, автомобильных и транспортных темах. Имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень по машиностроению, специализирующуюся на аэродинамике. Он установил несколько мировых наземных скоростных рекордов на электрических мотоциклах, которые он построил в своей мастерской.

 Логотип батареи «height =» 80 «src =" https://www.designnews.com/sites/default/files/Design%20News /BatteryShow_image_rev_100px.png "style =" width: 85px; height: 68px; float: left "width =" 100 "/> Конференция по аккумуляторам в Северной Америке. </strong> <br /> Присоединяйтесь к нашей углубленной программе конференции с более чем 100 техническими <br /> <strong> Выставка батареи </strong>. 11-13 сентября 2018 года в Нови, штат Мичиган. Зарегистрируйте мероприятие, организованное <em>. ] Новости дизайна </em> «Материнская компания UBM. </td>
</tr>
</tbody>
</table>
</pre>

<span class=
Go to Top

Поделитесь статьей!

close-link