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研究人員通過加熱降低電池電阻 推進全固態電池應用

發布日期:2022-01-13  來源:蓋世汽車  作者:中國風光儲網--新聞中心

核心提示:研究人員通過加熱降低電池電阻 推進全固態電池應用
 
據外媒報道,東京工業大學(Tokyo Tech)、日本國家先進工業科學技術研究所(AIST)和山形大學(Yamagata University)的研究人員提出一項恢復全固態電池低電阻的策略。這使該類電池離成為主流電源又邁進了一步,有望應用于下一代電動汽車和電子產品。研究人員還探討其中潛在的電阻降低機制,以進一步了解全固態鋰電池的基本工作原理。
 
 
(圖片來源:東京工業大學)
 
全固態鋰電池是材料科學與工程領域的新趨勢,傳統鋰離子電池無法滿足電動汽車等領先技術的標準,如高能量密度、快速充電和長循環壽命。全固態電池采用固態電解質,而不是傳統電池中的液體電解質,不僅符合相關要求,而且可在短時間內完成充電,相對來說比較安全、方便。
 
然而,固態電解質也存在一定的局限性。事實證明,正極和固態電解質之間的界面表現出較大的電阻,其原因尚不清楚。此外,當電極表面暴露于空氣中時,電阻會增長,影響電池的容量和性能。研究人員采取過一些措施來降低電阻,但均未將其成功降至10Ωcm2以下,即未暴露于空氣時報告的界面電阻值。
 
在最近的研究中,由東京工業大學研究人員領導的團隊,可能終于解決了這個問題。研究人員提出了一種恢復界面低電阻的策略并展示相關機制,為制造高性能全固態電池的提供了寶貴的見解。首先,該團隊準備了由鋰負極、LiCoO2正極和Li3PO4固體電解質組成的薄膜電池。在制作完成電池之前,研究人員將LiCoO2表面暴露在空氣、氮氣(N2)、氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、水蒸氣(H2O)中,持續30分鐘。
 
令人驚奇的是,研究人員發現,與未暴露的電池相比,暴露在N2、O2、CO2和H2環境下的電池性能并沒有下降。Hitosugi教授表示:“只有水蒸汽會嚴重影響Li3PO4-LiCoO2 界面,并大幅提高電阻,達到未暴露界面的10倍以上。”
 
接下來,該團隊進行“退火”過程,在150°C下對樣品進行熱處理一小時。令人驚訝的是,這使電阻降至10.3Ωcm2,與未暴露的電池相當。
 
研究小組隨后進行數值模擬和尖端測量。結果顯示,這可能是因為在退火過程中,結合在LiCoO2結構內的質子自發脫嵌,從而導致電阻降低。
 
Hitosugi表示:“研究表明,在電阻恢復過程中,LiCoO2結構中的質子發揮了重要作用。研究人員希望,闡明這些界面微觀過程,將有助于擴大全固態電池的應用潛力。”




 

 
 
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