Far funzionare le batterie con pressione esterna pari a zero

Laboratorio per lo stoccaggio e la conversione dell'energia della UC San Diego / Diyi Cheng

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Un team di ricercatori sulle batterie guidato dall’Università della California a San Diego e dall’Università di Chicago ha progettato un materiale chiamato ossinitruro di litio-fosforo (LiPON) che, nei test funzionali delle batterie, ha dimostrato di promuovere una deposizione elettrochimica di litio metallico uniformemente densa sotto zero. pressione esterna.

Lo afferma un comunicato stampa delle istituzioni diffuso giovedì.

“LiPON è un elettrolita a stato solido a film sottile che conduce gli ioni di litio e mostra una forte promessa per l’abbinamento con un’ampia gamma di materiali per elettrodi per l’industria delle batterie al litio del futuro. Tuttavia, i metodi esistenti per produrre LiPON hanno impedito ai ricercatori di comprendere appieno il materiale. Ora, il team ha trovato un modo per produrre questo promettente elettrolita a stato solido in una forma indipendente che consente di studiare il LiPON in modo più completo”, si legge nel comunicato stampa.

“Il nuovo approccio alla produzione di LiPON ha anche aperto la strada all’utilizzo di questo elettrolita allo stato solido per consentire alle batterie allo stato solido al litio metallico di funzionare con una pressione esterna minima”.

Gli scienziati hanno inoltre ideato una nuova metodologia per produrre pellicole LiPON in forma indipendente creando una pellicola LiPON (FS-LiPON) flessibile e trasparente indipendente compatibile con un'ampia gamma di tecniche spettroscopiche. Questo metodo ha prodotto nuove intuizioni, proprietà termiche e proprietà meccaniche.

Il gruppo di ricerca ha anche implementato la nuova versione indipendente dell’elettrolita a stato solido nei test funzionali delle batterie, riferendo che l’FS-LiPON a film sottile promuove una deposizione elettrochimica di litio metallico uniformemente densa sotto pressione esterna pari a zero. Questo risultato offre preziosi suggerimenti per quanto riguarda l'ingegneria dell'interfaccia nelle batterie allo stato solido.

Le batterie a film sottile basate su LiPON hanno molte applicazioni in vari campi, come i dispositivi indossabili e altri dispositivi elettronici compatti con un mercato gigantesco. “Il film FS-LiPON prodotto in questo lavoro ha consentito discussioni approfondite sulla chimica dell’interfaccia, sulla diffusione ionica e sull’ingegneria dell’interfaccia, che hanno fatto luce sia sui fondamenti che sulle applicazioni dei materiali LiPON e potrebbero favorire lo sviluppo delle batterie allo stato solido al litio in molti paesi. modi”, osserva il comunicato stampa nella sua conclusione.

Questo lavoro è stato pubblicato giovedì sulla rivista Nature Nanotechnology.

Estratto dello studio:

L'ossinitruro di litio fosforo (LiPON) è un elettrolita solido amorfo che è stato ampiamente studiato negli ultimi tre decenni. Nonostante la promessa di accoppiarlo con vari materiali per elettrodi, la rigidità e la sensibilità all'aria del LiPON pongono limiti alla comprensione delle sue proprietà intrinseche. Qui riportiamo una metodologia per sintetizzare LiPON in una forma indipendente che manifesta notevole flessibilità e un modulo di Young di ∼33 GPa. Utilizziamo la risonanza magnetica nucleare allo stato solido e la calorimetria a scansione differenziale per rivelare quantitativamente la chimica dell'interfaccia Li/LiPON e la presenza di una temperatura di transizione vetrosa LiPON ben definita di 207 °C. Combinando lo stress interfacciale e uno strato di semina d'oro, il nostro LiPON indipendente mostra una deposizione uniformemente densa di litio metallico senza l'ausilio di pressione esterna. Questo film LiPON indipendente offre l'opportunità di studiare le proprietà fondamentali dei LiPON per l'ingegneria delle interfacce per le batterie a stato solido.