Οι ηλεκτρικές μπαταρίες στερεής κατάστασης σηματοδοτούν μια σημαντική ανακάλυψη και κάνουν ένα σταθερό βήμα προς την εμπορική χρήση

Μια ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο, το AIST, και το Πανεπιστήμιο Yamagata πρόσφατα εφηύραν μια στρατηγική για την αποκατάσταση της χαμηλής αντίστασης,Με τον τρόπο αυτό, κάνουμε ένα σταθερό βήμα προς την εμπορία των μπαταριών στερεού αέρα.Εξερεύνησαν επίσης τον υποκείμενο μηχανισμό μείωσης, ανοίγοντας το δρόμο για μια θεμελιώδη κατανόηση του πώς λειτουργούν οι μπαταρίες λιθίου σε στερεή κατάσταση.

Οι μπαταρίες λιθίου σε στερεή κατάσταση έχουν γίνει μια νέα τρέλα στην επιστήμη των υλικών και την μηχανική επειδή οι παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν μπορούν πλέον να ανταποκριθούν στα πρότυπα των προηγμένων τεχνολογιών.όπως ηλεκτρικά οχήματα που απαιτούν υψηλή ενεργειακή πυκνότηταΟι μπαταρίες στερεού ατμού, οι οποίες χρησιμοποιούν ένα στερεό ηλεκτρολύτη αντί για το υγρό ηλεκτρολύτη που βρίσκεται στις συμβατικές μπαταρίες, όχι μόνο πληρούν αυτά τα πρότυπα,αλλά είναι επίσης σχετικά ασφαλέστεροι και πιο βολικοί επειδή έχουν τη δυνατότητα να φορτίζονται σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Ωστόσο, οι στερεοί ηλεκτρολύτες έχουν επίσης τις δικές τους προκλήσεις.η πηγή του οποίου δεν είναι καλά γνωστήΕπιπλέον, όταν η επιφάνεια των ηλεκτροδίων εκτίθεται στον αέρα, η αντίσταση αυξάνεται, μειώνοντας την ικανότητα και τις επιδόσεις της μπαταρίας.Παρόλο που έγιναν κάποιες προσπάθειες για να μειωθεί η αντίσταση, κανείς δεν μπόρεσε να το μειώσει σε 10Ω cm2 (ohm-centimeter-square), την αναφερόμενη τιμή αντίστασης της διεπαφής όταν δεν εκτίθεται στον αέρα.

Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο ACS Applied Materials & Interfaces, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Taro Hitosugi του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Τόκιο (Tokyo Tech) στην Ιαπωνία και τον Shigeru Kobayashi,φοιτητής διδακτορικού στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Τόκιο, μπορεί να έχει επιτέλους λύσει το πρόβλημα.

Με την καθιέρωση μιας στρατηγικής για την αποκατάσταση της χαμηλής αντίστασης της διεπαφής, και την αποκάλυψη του μηχανισμού αυτής της μείωσης,Η ομάδα παρείχε πολύτιμες γνώσεις για την κατασκευή υψηλής απόδοσης μπαταριών στερεού αέραΗ έρευνα είναι αποτέλεσμα κοινής μελέτης του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Τόκιο, του Ιαπωνικού Εθνικού Ινστιτούτου Προχωρημένης Βιομηχανικής Τεχνολογίας (AIST) και του Πανεπιστημίου Yamagata.

Πρώτα, η ομάδα προετοίμασε μια λεπτή μπαταρία που αποτελείται από έναν άνοδο λιθίου, έναν καθοδικό οξείδιο κοβαλτίου λιθίου και ένα στερεό ηλεκτρολύτη 3PO4.Η ομάδα εξέθεσε την επιφάνεια του οξειδίου του λιθίου και κοβαλτίου στον αέρα., άζωτο (N2), οξυγόνο (O2), διοξείδιο του άνθρακα (CO2), υδρογόνο (H2) και υδρατμούς (H2O) για 30 λεπτά.

Προς έκπληξή τους, διαπίστωσαν ότι η έκθεση σε N2, O2, CO2 και H2 δεν υποβαθμίζει την απόδοση των κυττάρων σε σύγκριση με τα μη εκτεθειμένα κύτταρα."Μόνο ο ατμός H2O υποβαθμίζει έντονα την διεπαφή Li3PO4-LiCoO2 και αυξάνει δραματικά την αντίσταση της, η οποία είναι περισσότερο από 10 φορές υψηλότερη από εκείνη της μη εκτεθειμένης διεπαφής", δήλωσε ο καθηγητής Hitosugi.

Στη συνέχεια, η ομάδα πραγματοποίησε μια διαδικασία που ονομάζεται "επεξεργασία", κατά την οποία το δείγμα υποβλήθηκε σε θερμική επεξεργασία τύπου μπαταρίας σε θερμοκρασία 150 ° C για μια ώρα, όπου το αρνητικό ηλεκτρόδιο αποθηκεύτηκε.Εκπληκτικά.Η αντίσταση μειώθηκε σε 10,3Ω cm2, η οποία είναι συγκρίσιμη με την αντίσταση ενός μη εκτεθειμένου κυψελού.Στη συνέχεια, η ομάδα διαπίστωσε ότι αυτή η μείωση θα μπορούσε να αποδοθεί στην αυθόρμητη αφαίρεση πρωτονίων από τη δομή του διοξειδίου του λιθίου κατά τη διάρκεια της "αντρίωσης". "

Ο καθηγητής Χιτοσούγκι καταλήγει: "Η μελέτη μας δείχνει ότι τα πρωτόνια στη δομή του κοβαλτάτου του λιθίου διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία ανάκτησης.Ελπίζουμε ότι η διευκρίνιση αυτών των μικροσκοπικών διεργασιών θα συμβάλει στην επέκταση των δυνατοτήτων εφαρμογής των μπαταριών στερεού αέρα".