«Чистое» соединение металлов в твердотельных батареях увеличило их мощность в 2 раза

Ученые из Токийского технологического института (Tokyo Tech) экспериментально продемонстрировали, что чистые соединения увеличивают емкость твердотельной литиевой батареи.

Жидкие литий-ионные аккумуляторы сегодня можно найти повсюду: они распространены благодаря широкому применению в большинстве повседневных мобильных устройств. Несмотря на то, что они обладают значительной долей преимуществ, аккумуляторные батареи на жидкой основе несут заметный риск. Это стало очевидным для общественности в последние годы после сообщений о возгорании смартфонов из-за ошибок конструкции, которые привели к утечке и возгоранию жидкого электролита батареи.

Другие недостатки: стоимость изготовления, долговечность и емкость, – побудили ученых изучить другую технологию: твердотельные литиевые батареи (SSLB). SSLB состоят из твердых электродов и твердого электролита, которые обмениваются ионами лития (Li) во время зарядки и разрядки. Их более высокая плотность энергии и безопасность делают SSLB очень мощными источниками.

Тем не менее, существует еще много технических проблем, препятствующих коммерциализации SSLB. Для текущего исследования исследователи провели серию экспериментов и пришли к выводу, что может поднять производительность SSLB на новый уровень. Профессор Таро Хитосуги из Tokyo Tech, который руководил исследованием, объясняет их мотивацию: «LiNi_0,5Mn_1,5O₄ (LNMO) является многообещающим материалом для положительного электрода SSLB, поскольку он может генерировать сравнительно более высокие напряжения. В этом исследовании мы показали аккумулятор работает при 2,9 и 4,7 В и одновременно обеспечивает большую емкость, стабильную цикличность и низкое сопротивление на границе раздела электролит/электрод».

Предыдущие исследования показали, что создание чистого интерфейса электролит / электрод необходимо для достижения низкого сопротивления интерфейса и быстрой зарядки SSLB на основе LNMO. Ученые также отметили, что ионы Li спонтанно мигрировали из электролита Li₃PO₄ (LPO) в слой LNMO при изготовлении, образуя фазу LiNi_0,5Mn_1,5O₄ (L₂NMO) в LNMO с неизвестным распределением и влиянием на характеристики батареи.

Поразительно, но чистый с точки зрения металлов интерфейс облегчил интеркаляцию и деинтеркаляцию Li во время зарядки и разрядки SSLB. В результате емкость SSLB с чистым интерфейсом была вдвое больше, чем у обычных батарей на основе LNMO.