Combiner le meilleur des deux mondes électrolytiques pour une meilleure batterie lithium-ion

Les batteries lithium-ion alimentent l’appareil sur lequel ces mots apparaissent. Des téléphones et ordinateurs portables aux voitures électriques, les batteries lithium-ion sont essentielles à los angeles technologie du monde moderne, mais elles peuvent aussi exploser. Les batteries lithium-ion sont constituées d’électrodes négatives et positives et d’un électrolyte pour transporter les ions à travers l’espace, et leur qualité dépend de leurs composants.

Les électrolytes liquides sont potentiellement volatils à haute température et leur efficacité peut être limitée par l’hétérogénéité et l’instabilité des autres composants.

Les chercheurs travaillent au développement de batteries plus sûres et plus efficaces utilisant des électrolytes solides, un grand changement par rapport à los angeles model liquide qui transporte actuellement les ions dans los angeles plupart des batteries disponibles dans le trade. Le défi est que chaque matériau à l’état solide présente autant d’inconvénients que d’avantages, selon une équipe basée au Centre de recherche en ingénierie des électrolytes de batteries au lithium à l’état solide de l’Institut de recherche sur les matériaux de los angeles Tsinghua Shenzhen World Graduate Faculty.

Pour résoudre ce dilemme, les chercheurs ont combiné deux principaux candidats à l’état solide : los angeles céramique et le polymère dans un nouvel électrolyte composite.

Ils ont publié leurs résultats dans Matériaux et appareils énergétiques.

“Les électrolytes composites à l’état solide ont reçu beaucoup d’consideration en raison de leurs avantages communs en tant qu’électrolytes inorganiques et polymères”, a déclaré le co-premier auteur Yu Yuan, également affilié à los angeles Tsinghua Shenzhen World Graduate Faculty. “Cependant, les fees céramiques inorganiques conventionnelles offrent une amélioration limitée de los angeles conductivité ionique pour les électrolytes composites à l’état solide en raison de los angeles couche de fee sous vide entre los angeles matrice polymère et los angeles section céramique.”

Les électrolytes céramiques inorganiques offrent une conductivité élevée, mais ils développent une résistance lorsqu’ils sont rencontrés avec un autre matériau solide et sont complexes à fabriquer.

Les électrolytes polymères sont plus faciles à produire, plus flexibles et fonctionnent mieux avec les électrodes, mais leur conductivité à température ambiante est trop faible pour être utilisés commercialement. Selon Yuan, los angeles combinaison des deux devrait produire un électrolyte versatile, hautement conducteur et facile à fabriquer. Cependant, en réalité, lorsque des électrolytes solides composés sont mélangés, ils présentent une séparation – appelée couche de fee d’espace – entre leurs composants, ce qui limite leur capacité à conduire.

Pour corriger cela, les chercheurs ont utilisé du tantalate de lithium, qui possède une construction cristalline qui se prête à des propriétés optiques et électriques uniques, comme fee fonctionnelle pour éclaircir los angeles couche de fee d’espace. Le matériau céramique conducteur d’ions est ferroélectrique, ce qui signifie qu’il peut inverser une fee électrique lorsqu’un courant est appliqué.

“L’effet de los angeles fee réduit non seulement los angeles couche de fee d’espace, mais fournit également une voie supplémentaire pour le shipping des ions lithium”, a déclaré le co-premier auteur Licon Chen, également affilié à los angeles Tsinghua Shenzhen World Graduate Faculty.

Les chercheurs ont démontré expérimentalement que los angeles fee de tantalate de lithium atténue le goulot d’étranglement du shipping des ions lithium à travers l’interface polymère-céramique, provoquant le déplacement des ions lithium en nombre et en vitesse accrus à travers l’électrolyte.

Le résultat est un électrolyte avec une conductivité élevée et une longue durée de vie – faisant référence au nombre de fois où les ions peuvent être déplacés à travers los angeles batterie lors des cycles de fee et de décharge – même à basse température, ont indiqué les chercheurs.

“Ce travail suggest une nouvelle stratégie pour concevoir des fees céramiques intégrées dotées de propriétés ferroélectriques et conductrices d’ions afin d’obtenir un transfert à haut débit d’ions lithium vers des électrolytes solides composites pour le développement de batteries au lithium métal à l’état solide”, a déclaré Yuan. “Notre approche met en évidence los angeles conception de fees céramiques fonctionnelles pour les électrolytes composites à l’état solide afin d’améliorer efficacement los angeles conductivité ionique et les performances de los angeles batterie.”

Fourni par Tsinghua College Press