Las baterías de estado sólido marcan el comienzo de un gran avance y dan un paso sólido hacia la comercialización

Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio, AIST, y la Universidad de Yamagata ha inventado recientemente una estrategia para restaurar la baja resistencia,Así se da un paso sólido en el camino hacia la comercialización de las baterías de estado sólidoTambién exploraron el mecanismo de reducción subyacente, allanando el camino para una comprensión fundamental de cómo funcionan las baterías de litio de estado sólido.

Las baterías de litio de estado sólido se han convertido en una nueva moda en la ciencia y la ingeniería de materiales porque las baterías tradicionales de iones de litio ya no pueden cumplir con los estándares de las tecnologías avanzadas,como los vehículos eléctricos que requieren una alta densidad de energíaLas baterías de estado sólido, que utilizan un electrolito sólido en lugar del electrolito líquido que se encuentra en las baterías convencionales, no solo cumplen con estos estándares, sino que también cumplen con los requisitos de seguridad de las baterías de estado sólido.Pero también son relativamente más seguros y más convenientes porque tienen el potencial de cargarse en un corto período de tiempo..

Sin embargo, los electrolitos sólidos también tienen sus propios desafíos. Uno de los desafíos importantes es que la interfaz entre el cátodo y el electrolito sólido muestra una gran resistencia.cuya fuente no se conoce bienAdemás, cuando la superficie del electrodo está expuesta al aire, la resistencia aumenta, degradando la capacidad y el rendimiento de la batería.Aunque se han hecho algunos intentos para reducir la resistencia, nadie ha sido capaz de reducirlo a 10Ω cm2 (ohm-centimetro-cuadrado), el valor de resistencia de la interfaz informado cuando no se expone al aire.

En un estudio reciente publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, un equipo de investigación dirigido por el profesor Taro Hitosugi del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) en Japón y Shigeru Kobayashi,un estudiante de doctorado en el Instituto de Tecnología de Tokio, puede haber resuelto finalmente el problema.

Al establecer una estrategia para restaurar la baja resistencia de la interfaz, y desentrañar el mecanismo de esta reducción,El equipo proporcionó información valiosa sobre la fabricación de baterías de estado sólido de alto rendimientoLa investigación es el resultado de un estudio conjunto realizado por el Instituto de Tecnología de Tokio, el Instituto Nacional de Tecnología Industrial Avanzada de Japón (AIST) y la Universidad de Yamagata.

Primero, el equipo preparó una batería de película delgada compuesta por un ánodo de litio, un cátodo de óxido de cobalto de litio y un electrolito sólido 3PO4.El equipo expuso la superficie del óxido de litio a aire., nitrógeno (N2), oxígeno (O2), dióxido de carbono (CO2), hidrógeno (H2) y vapor de agua (H2O) durante 30 minutos.

Para su sorpresa, descubrieron que la exposición al N2, O2, CO2 y H2 no degradaba el rendimiento de las células en comparación con las células no expuestas."Sólo el vapor de H2O degrada fuertemente la interfaz Li3PO4-LiCoO2 y aumenta dramáticamente su valor de resistencia, que es más de 10 veces mayor que la de la interfaz no expuesta", dijo el profesor Hitosugi.

Luego, el equipo realizó un proceso llamado "recongelación", en el que la muestra fue sometida a un tratamiento térmico al estilo de una batería a 150 ° C durante una hora, donde se depositó el electrodo negativo.SorprendentementeEn el caso de las cámaras eléctricas, la resistencia se redujo a 10,3Ω cm2, lo que es comparable a la resistencia de una celda no expuesta.El equipo luego encontró que esta reducción podría atribuirse a la eliminación espontánea de protones de la estructura de dióxido de litio durante el "anillamiento"."

El profesor Hitosugi concluye: "Nuestro estudio muestra que los protones de la estructura del cobalto de litio desempeñan un papel importante en el proceso de recuperación.Esperamos que el esclarecimiento de estos procesos microscópicos interfaciales ayude a ampliar el potencial de aplicación de las baterías de estado sólido".