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扩大锂离子电池的极限:全固态电池的电极

东京工业大学的科学家们通过开发电极/固体电解质界面的低电阻电池,解决了全固态电池的主要缺点之一。制造的电池显示出优异的电化学性能,大大超过传统和普遍存在的锂离子电池;因此,展示了全固态电池技术的前景及其对便携式电子产品革命的潜力。


锂离子电池


许多消费者都熟悉可再充电锂离子电池,这种电池在过去几十年中已经发展起来,并且现在在各种电子设备中都很常见。尽管广泛使用,但科学家和工程师认为传统的锂离子电池技术已经接近其全部潜力,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的潜在更安全,更稳定的储能装置。然而,由于主要缺点,这种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太高,阻碍了快速充电和放电。


来自东京工业大学和东北大学的科学家,由Taro Hitosugi教授领导,使用Li(Ni0.5Mn1.5)O4(LNMO)制造具有极低接口电阻的全固态电池,通过在超高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。


在制造之后,这些电池的电化学性质被表征为揭示界面周围的Li离子分布。 X射线衍射和拉曼光谱用于分析包含电池的薄膜的晶体结构。发现Li离子的自发迁移从Li 3 PO 4层发生到LNMO层,在Li 3 PO 4 / LNMO界面处将LNMO的一半转化为L2NMO。在初始充电过程期间发生反向迁移以再生LNMO。


使用电化学阻抗谱验证的该界面的电阻为7.6Ωcm2,比先前基于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的电阻。使用LNMO。这些电池还显示快速充电和放电,仅在一秒钟内完成一半电池的充电/放电。此外,电池的循环特性也很好,即使在100次充电/放电循环后也没有表现出性能下降。


Li(Ni0.5Mn1.5)O4是一种很有前途的材料,可以提高电池的能量密度,因为这种材料可以提供更高的电压。研究小组希望这些结果能够促进高性能全固态电池的发展,从而彻底改变现代便携式电子设备和电动汽车。
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