Forscher haben eine neue Weise entwickelt, Lithium-Ionen-Batterie-Leistungsfähigkeit zu verbessern

Forscher haben eine neue Weise entwickelt, Lithium-Ionen-Batterie-Leistungsfähigkeit zu verbessern. Durch das Wachstum einer Kubikkristallschicht, haben die Wissenschaftler eine dünne und dichte Verbindungsschicht zwischen den Elektroden der Batterie geschaffen.

Professor Nobuyuki Zettsu von der Mitte für Energie und Umweltwissenschaft in der Abteilung von Material-Chemie von Shinshu-Universität in Japan und im Direktor der Mitte, Professor Katsuya Teshima, führte die Forschung.

Die Autoren veröffentlichten ihre Ergebnisse online im Januar dieses Jahr in den wissenschaftlichen Berichten.

„Wegen einiger tatsächlicher Eigenschaften von flüssigen Elektrolyten, wie niedrige Lithiumtransportzahl, komplexe Reaktion auf die feste/flüssige Schnittstelle und thermische Instabilität, ist es nicht möglich gewesen, Hochenergie gleichzeitig zu erzielen und Macht in irgendwelchen der gegenwärtigen elektrochemischen Geräte,“ sagte Nobuyuki Zettsu, wie schreiben zuerst auf das Papier.

Lithium-Ionen-Batterien sind wieder aufladbar und treiben solche Geräte wie Handys, Laptops, Elektrowerkzeuge und sogar Speicherenergie für das elektrische Gitter an. Sie sind für Temperaturflüsse besonders empfindlich und bekannt, um Feuer oder sogar Explosionen zu verursachen. In Erwiderung auf die Probleme mit flüssigen Elektrolyten, arbeiten Wissenschaftler auf das Entwickeln einer besseren Gesamt-festzustandsbatterie ohne Flüssigkeit hin.

„Trotz der erwarteten Vorteile von Gesamt-festzustandsbatterien, von ihrer Energieeigenschaft und von Energiedichten muss verbessert werden, um ihre Anwendung in solchen Technologien zu erlauben, wie weit reichende Elektro-Mobile,“ sagte Zettsu. „Die ermäßigten Fähigkeiten und die Dichten der niedrigen Energie der Gesamt-festzustandsbatterien liegen an einem Mangel an passenden heterogenen Schnittstellenbildungsfest-festtechnologien teils, die die hohe ikonenhafte Leitfähigkeit aufweisen, die vergleichbar ist mit flüssigen Elektrolytsystemen.“

Zettsu und sein Team wuchsen Granat-artige Oxidfestelektrolytkristalle in flüssigem LiOH, das als Lösungsmittel (Fluss) verwendet wurde auf einem Substrat, das die Elektrode in einen Festzustand verpfändete, während sie wuchsen. Ein spezifisches Kristallmittel, das bekannt ist, um Kubik- zu wachsen, erlaubte den Forschern, den Stärke- und Verbindungsbereich innerhalb der Schicht zu steuern, die als ein keramisches Trennzeichen auftritt.

„Elektronenmikroskopiebeobachtungen deckten auf, dass die Oberfläche dicht mit gut definierten vielflächigen Kristallen umfasst wird. Jeder Kristall wird an die benachbarte,“ schrieb Zettsu angeschlossen.

Zettsu sagte auch, dass die eben gewachsene Kristallschicht das ideale keramische Trennzeichen sein könnte, als, die Elektrolytschicht auf der Elektrodenschicht stapelnd.

„Wir glauben, dass unsere Annäherung, die Robustheit gegen Nebenreaktionen an der Schnittstelle hat, zu die Produktion von idealen keramischen Trennzeichen mit einer dünnen und dichten Schnittstelle vielleicht führen könnte,“ schrieben Zettsu und merken, dass die Keramik, die in diesem bestimmten Experiment benutzt wurde, zu stark war, in den festen Batterien benutzt zu werden. „Jedoch, solange die Elektrodenschicht so dünn gemacht werden kann wie 100 Mikrometer, funktioniert die stapelnde Schicht als feste Batterie.“

Hundert Mikrometer ist über die Breite eines Menschenhaars und etwas kleiner als zweimal die Stärke einer Standardelektrodenschicht in den zeitgenössischen Lithium-Ionen-Batterien.

„Gesamt-fest-Zustandsbatterien sind viel versprechende Kandidaten für Energiespeichergeräte,“ sagte Zettsu und merkte, dass einige Zusammenarbeiten zwischen Forschern und Privatunternehmen bereits mit dem Endziel des Anzeigens von Gesamt-festzustandsbatterieproben an den 2020 Olympischen Spielen in Tokyo laufend sind.

Zettsu und andere Forscher planen, Prototypzellen für Elektro-Mobil-Gebrauch und für tragbare Geräte bis 2022 zu fabrizieren.

Andere Mitarbeiter auf diesem Projekt schließen Forscher vom Institut für Materials Research an Tohoku-Universität, Grenzforschungsinstitut für Material-Wissenschaft an Nagoya-Fachhochschule und am nationalen Institut für Material-Wissenschaft mit ein

Quelle: Science Daily