Innovativ metode forbedrer sikkerheden i lithium-svovlbatterier

Forskere fra A*STAR's NanoBio Lab (NBL) har designet en halvfast elektrolyt til litium-svovlbatterier, der forbedrer deres sikkerhed uden at gå på kompromis med deres ydeevne. Dette lovende gennembrud baner vej for, at litium-svovlbatterier kan bruges som effektive strømløsninger på tværs af forskellige elektroniske og energilagringsapplikationer.

Sikkerhed er et vigtigt spørgsmål, der hindrer industriens brug af lithiumbatterier, på grund af deres meget brandfarlige flydende organiske elektrolytter, der let lækker, og deres afhængighed af termisk og mekanisk ustabile elektrodeseparatorer. Mens elektrolytter i fast tilstand har vist potentiale for at forbedre sikkerhedsprofilen for lithiumbatterier, deres dårlige elektrode/elektrolytkontakt og begrænset ionisk ledningsevne har resulteret i store ledningsevne flaskehalse og lav ydeevne.

Professor Jackie Y. Ying, der leder NBL -forskerholdet, delte, "Hybride kvasi-faste elektrolytter omfattende både flydende og faste komponenter er fremstået som et praktisk kompromis for at opnå sikrere batterier og samtidig opretholde god ydelse. den solide komponents høje modstand har hidtil begrænset sådanne batteriers ydeevne. For at overvinde dette, vi har genudviklet mikrostrukturen af ​​den faste komponent. Vores løsning eliminerer elektrolytlækage, og er termisk og mekanisk stabil. "

NBL-forskerholdet designede en hybrid kvasi-solid elektrolyt, som omfatter en væskeinfunderet porøs membran fremstillet af Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ (LLZO) ark. Teamet udviklede også en ny metode til fremstilling af de LLZO -plader, der blev brugt til at konstruere rammen for elektrolytten. De kaldte denne et-trins proces til fremstilling af en 3-D-sheet-ramme "cupcake" -metoden.

LLZO blev valgt for sin høje ioniske ledningsevne, og god kemisk og elektrokemisk stabilitet. Elektrolytens ikke-stive struktur gør det muligt at opretholde meget god kontakt med elektroder og forhindrer den i at revne under håndtering og batterimontering. Dette resulterer i sikrere batterier med bedre ydeevne. NBLs halvfaste elektrolyt er også stabil over et bredt spændingsområde, gør det muligt at bruge det med forskellige lithiumbatterielektroder, herunder højspændingskatoder.

Et litium-svovlbatteri fremstillet ved hjælp af NBLs nye elektrolyt viste høj kapacitet, hurtig opladning/afladningsevne, og interessant polysulfid shuttling kontrol, der stabiliserede batteriets ydeevne. I test, den nye elektrolyt opnåede en bemærkelsesværdig hastighedsevne (~ 515 og ~ 340 mAh/g ved 1 og 2C, henholdsvis) ved 1,5 mg/cm ² belastningstæthed. Dette er blandt de højest kendte ydelser opnået med litium-svovlhybrid-kvasi-solide batterier.

Professor Ying sagde, "Vores 3D-arkbaserede rammer viste sig at være afgørende for optimal batteriydelse. Desuden er vores system viste fremragende stabilitet under ekstreme temperaturer. Disse resultater illustrerer det fremragende potentiale i vores arkbaserede struktur som en ramme for andre halvfaste litiumbatterier. "

NBL-teamet udvikler nye lithium-ion, lithium-svovl og lithium solid-state batterier mod kommercialisering.

Et-trins "Cupcake" -syntesemetode

Metalforstadier og saccharose opløses i vand og anbringes i en forprogrammeret ovn.

Inde i ovnen:

• Opløsningen opvarmes til dannelse af en brun "cupcake".
• Cupcaken opvarmes derefter ved høj temperatur til dannelse af ark