Литий-ионные аккумуляторы широко используются в портативных электронных устройствах, электромобилях и системах хранения энергии. Однако безопасность литий-ионных аккумуляторов неоднократно подвергалась сомнению за последние несколько лет из-за того, что обычный органический электролит во многих случаях вызывает возгорание и взрыв. Тонкие пленки из керамического твердотельного электролита (SSE) обещают жизнеспособное решение проблемы безопасности за счет блокировки дендрита лития, который вызывает короткое замыкание и тепловой разгон, обеспечивая при этом высокую плотность энергии для литий-ионных аккумуляторов следующего поколения. Однако современные тонкие пленки SSE имеют низкую ионную проводимость, что можно объяснить плохим качеством материала.

Исследовательская группа под руководством Лянбинга Ху из инженерной школы им. А. Джеймса Кларка Мэрилендского университета недавно разработала новый метод печати и спекания различных тонких пленок SSE. Эта работа, озаглавленная «Печатные высокоэффективные пленки из твердого электролита», была опубликована 18 ноября 2020 года в журнале Science Advances . Команда назвала этот метод «печатью и радиационным нагревом» (PRH), в котором используется технология печати на основе раствора с последующим быстрым спеканием.

В типичном процессе суспензия прекурсора печатается на подложке, концентрацию и толщину которой можно регулировать. Высококачественная и высокоэффективная тонкая пленка SSE может быть получена после быстрого (~ 3 с) высокотемпературного (~ 1500° C) спекания, что обеспечивает минимальные потери Li и высокую кристалличность. Такой подход не только приводит к плотной и однородной микроструктуре тонких пленок SSE, но также обеспечивает превосходную ионную проводимость. Примечательно, что процесс изготовления - от прекурсора до конечного продукта - занимает всего ~ 5 минут, что в ~ 100 раз быстрее, чем традиционные методы.

В ходе демонстрации концепции команда показала тонкую пленку SSE на основе граната с высокой ионной проводимостью до 1 mS/cm и отличную стабильность при циклическом воздействии. Кроме того, метод PRH позволяет использовать многие другие конструкции, такие как сложная многослойная сборка без перекрестного загрязнения во время синтеза. Его также можно распространить на изготовление других тонких керамических пленок, что открывает новые возможности в разработке безопасных и высокопроизводительных твердотельных батарей и других устройств на основе тонких пленок.

Материалы предоставлены Мэрилендским университетом 

Ссылка на журнал :

1. Вэйвэй Пин, Чэнвэй Ван, Жуйлиу Ван, Ци Донг, Чживэй Линь, Александра Х. Брозена, Цзяци Дай, Цзянь Луо, Лянбин Ху. Пленки из твердого электролита с высокими эксплуатационными характеристиками для печати . Science Advances , 2020; 6 (47): eabc8641 DOI: 10.1126 / sciadv.abc8641

Источник