Las baterías se fabricaron apilando varias capas mediante métodos de deposición de película fina. El LNMO / Li 3 correos 4 La interfaz mostró una migración espontánea de iones de Li y tenía una resistencia baja sin precedentes. Crédito:ACS Materiales e interfaces aplicados
Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio han abordado una de las principales desventajas de las baterías de estado sólido mediante el desarrollo de baterías con baja resistencia en su interfaz electrodo / electrolito sólido. Las baterías fabricadas mostraron excelentes propiedades electroquímicas que superan con creces las de las ahora omnipresentes baterías de iones de litio. demostrando así la promesa de la tecnología de baterías totalmente de estado sólido y su potencial para revolucionar la electrónica portátil.
Muchos consumidores están familiarizados con las baterías de iones de litio recargables, que se han desarrollado en las últimas décadas, y ahora son comunes en todo tipo de dispositivos electrónicos. A pesar de su amplio uso, Los científicos e ingenieros creen que la tecnología tradicional de baterías de iones de litio ya está llegando a su máximo potencial y se necesitan nuevos tipos de baterías.
Las baterías de estado sólido son un nuevo tipo de batería de iones de litio, y se ha demostrado que son dispositivos de almacenamiento de energía potencialmente más seguros y estables con densidades de energía más altas. Sin embargo, el uso de tales baterías está limitado debido a una gran desventaja:su resistencia en la interfaz electrodo / electrolito sólido es demasiado alta, obstaculizando la carga y descarga rápidas.
Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio y la Universidad de Tohoku, dirigido por el profesor Taro Hitosugi, Baterías fabricadas totalmente de estado sólido con una resistencia de interfaz extremadamente baja utilizando Li (Ni 0,5 Minnesota 1,5 ) O 4 (LNMO), fabricando y midiendo sus baterías en condiciones de vacío ultra alto, asegurándose de que las interfaces electrolito / electrodo estuvieran libres de impurezas.
Las (a) curvas de carga-descarga y (b) el gráfico de rendimiento cíclico muestran que el rendimiento de las baterías fabricadas totalmente de estado sólido no se degradó después de un uso repetido. demostrando su excelente estabilidad y la total reversibilidad de las reacciones involucradas en la carga / descarga. Crédito:ACS Materiales e interfaces aplicados
La estructura de estas baterías totalmente de estado sólido se muestra en la Figura 1. Después de la fabricación, Las propiedades electroquímicas de estas baterías se caracterizaron para arrojar luz sobre la distribución de iones de litio alrededor de la interfaz. Se utilizó difracción de rayos X y espectroscopía Raman para analizar la estructura cristalina de las películas delgadas que componen las baterías. Se encontró que la migración espontánea de iones Li ocurre desde el Li 3 correos 4 capa a la capa LNMO, convertir la mitad del LNMO en L 2 NMO en el Li 3 correos 4 / Interfaz LNMO. La migración inversa ocurre durante el proceso de carga inicial para regenerar LNMO.
La resistencia de esta interfaz, verificado mediante espectroscopia de impedancia electroquímica, era de 7,6 Ω cm 2 , dos órdenes de magnitud más pequeñas que las anteriores baterías de estado sólido basadas en LNMO, e incluso más pequeño que el de las baterías de iones de litio a base de electrolitos líquidos que utilizan LNMO. Estas baterías también muestran carga y descarga rápidas, logrando cargar / descargar la mitad de la batería en tan solo un segundo. Es más, la ciclabilidad de la batería también fue excelente, no muestra degradación en el rendimiento incluso después de 100 ciclos de carga / descarga (consulte la Figura 2).
Li (Ni 0,5 Minnesota 1,5 ) O 4 es un material prometedor para aumentar la densidad energética de una batería, porque el material proporciona un voltaje más alto. El equipo de investigación espera que estos resultados faciliten el desarrollo de baterías de estado sólido de alto rendimiento. que podría revolucionar los dispositivos electrónicos portátiles modernos y los coches eléctricos.
