外圧ゼロでも電池を機能させる

カリフォルニア大学サンディエゴ校エネルギー貯蔵および変換研究所 / Diyi Cheng

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カリフォルニア大学サンディエゴ大学とシカゴ大学が率いる電池研究チームは、酸窒化リチウムリン (LiPON) と呼ばれる材料を開発しました。この材料は、電池の機能テストで、ゼロ下で均一な密度のリチウム金属の電気化学的析出を促進することが判明しました。外圧。

これは木曜日に発表された各機関のプレスリリースによると。

「LiPON はリチウムイオンを伝導する薄膜固体電解質であり、将来のリチウム電池産業の幅広い電極材料と組み合わせることができると強く期待されています。 しかし、LiPON を製造するための既存の方法では、研究者が材料を完全に理解することができませんでした。 今回、研究チームは、LiPONをより包括的に研究できる自立型の形でこの有望な固体電解質を製造する方法を発見した」とプレス声明では述べられている。

「LiPONを製造するための新しいアプローチは、この固体電解質を使用して、最小限の外部圧力下でも動作するリチウム金属固体電池を可能にする扉も開きました。」

研究者らはまた、幅広い分光技術と互換性のある柔軟で透明な自立型LiPON (FS-LiPON) フィルムを作成することにより、自立型のLiPONフィルムを製造するための新しい方法論を考案しました。 この方法により、新たな洞察、熱特性、機械的特性が得られました。

研究チームはまた、新しい自立型バージョンの固体電解質を電池の機能テストに実装し、薄膜FS-LiPONが外部圧力ゼロ下で均一な密度のリチウム金属電気化学析出を促進することを報告した。 この結果は、バルク固体電池の界面工学に関する貴重なヒントを提供します。

LiPONベースの薄膜電池は、巨大な市場を持つウェアラブルやその他の小型電子機器など、さまざまな分野で多くの用途があります。 「この研究で製造されたFS-LiPONフィルムは、界面化学、イオン拡散、および界面工学に関する深い議論を可能にし、LiPON材料の基礎と応用の両方に光を当て、多くの分野でのリチウム固体電池の開発に利益をもたらす可能性があります。」方法」とプレス声明は結論で述べている。

この研究は木曜日にジャーナルNature Nanotechnologyに掲載されました。

研究概要:

酸窒化リチウムリン (LiPON) は、過去 30 年間にわたって広範囲に研究されてきたアモルファス固体電解質です。 さまざまな電極材料と組み合わせることが約束されているにもかかわらず、LiPON の剛性と空気感受性により、その固有の特性を理解するのに限界があります。 今回我々は、顕著な柔軟性と約33 GPaのヤング率を示す自立型のLiPONを合成する方法論を報告する。 私たちは、固体核磁気共鳴と示差走査熱量測定を使用して、Li/LiPON 界面の化学反応と、明確に定義された 207 °C の LiPON ガラス転移温度の存在を定量的に明らかにしました。 界面応力と金シード層を組み合わせた当社の自立型 LiPON は、外部圧力の助けがなくてもリチウム金属が均一に緻密に堆積します。 この自立型 LiPON フィルムは、固体電池の界面工学における LiPON の基本特性を研究する機会を提供します。