Solid-state-batterier kunne gøres mere rent ved at opskalere flash-sintring

Flash sintring er en keramisk behandlingsteknik, der bruger elektrisk strøm til intensivt at opvarme den keramiske prøve internt frem for kun at bruge ekstern ovnopvarmning. Processen kan sænke keramiske behandlingstemperaturer og varigheder betydeligt, gør det muligt at bearbejde keramik med metaller eller andre materialer og reducere energiforbruget.

Imidlertid, processen kan resultere i keramik af lav kvalitet på grund af svagheder forårsaget af inhomogeniteter i mikrostrukturen.

Oprindelsen af ​​disse inhomogeniteter forårsaget af termiske gradienter i materialet under flash sintring er blevet undersøgt af forskere baseret på WMG, University of Warwick og akademiske og industrielle samarbejdspartnere, og ruter til at afbøde virkningerne af disse gradienter er skitseret.

Vedtagelse af disse modificerede flashsinteringsruter vil muliggøre en bredere brug af flashsintring i keramisk behandling, muliggør lavere energiproduktion af mange nyttige keramiske produkter, herunder solid-state batterier.

Fortætning af keramik ved hjælp af flashsintring reducerer energiforbruget og kan bruges til at forbedre levedygtigheden ved fremstilling af komplekse keramiske strukturer, såsom dem, der kræves til solid state -batterier ved at sænke temperaturerne og forkorte varigheden af ​​varmebehandlingen.

Arbejder i samarbejde med akademiske og industrielle partnere, forskere fra WMG, University of Warwick har offentliggjort en gennemgang af state of the art inden for flash sintring med fokus på dannelsen af ​​inhomogene regioner inden for keramikken, som i øjeblikket begrænser opskaleringspotentialet for flash sintring. Gennemgangen finder, at termiske gradienter er ansvarlige for mikrostrukturelle inhomogeniteter og foreslår ruter til eliminering eller reduktion af disse effekter.

Reduktionen af ​​energiforbruget i den keramiske fremstillingsindustri er et vigtigt skridt i opfyldelsen af ​​de globale emissionsreduktionsmål, da konventionelle processer kræver lange brændingsbehandlinger ved meget høje temperaturer. Flere lavenergiprocesser er blevet udviklet i løbet af det sidste årti, med flashsintring, der fremstår som en særlig lovende rute til fortætning af materialer til brug i applikationer, herunder solid state -batterier, termiske barrierebelægninger, og keramiske samlinger.

I avisen, 'Fremme af mikrostrukturel homogenitet under flashsintring af keramik gennem termisk styring' offentliggjort som en del af et særnummer af MRS Bulletin, Gareth Jones og Dr. Claire Dancer fra WMG, University of Warwick arbejdede med samarbejdspartnere fra University of Trento, Wuhan University of Technology, Normandie Université, og Lucideon Ltd for at gennemgå oprindelsen til mikrostrukturelle variationer i forskellige områder af keramiske materialer, der gennemgår flashsintring.

Forskelle i mikrostrukturel udvikling stammer fra termiske gradienter i materialet under behandling, og disse kan reduceres ved omhyggelig termisk styring under flashsinteringsprocessen. Disse omfatter:

• Ændring af metoden til påføring af elektroder
• Forbedring af termisk homogenitet gennem isolering
• Tilpasning af frekvensen af ​​vekselstrømmen
• Udvikling af kontaktløse metoder til påføring af elektrisk strøm, som i øjeblikket er begrænset til konsolidering af termiske barrierebelægninger.

Resultaterne af denne gennemgang giver en køreplan for yderligere forskning i termisk styring ved flashsintring, som vil fremskynde udviklingen af ​​processen til industriel implementering.

Dr. Claire Dancer, leder af Keramikgruppen inden for Material- og Bæredygtighedsdirektoratet hos WMG, University of Warwick kommentarer:

"Sænkning af keramiske behandlingstemperaturer ved hjælp af teknikker såsom flashsintring er et vigtigt skridt til fremstilling af komplekse multimaterialestrukturer, såsom dem, der er nødvendige for solid-state-batterier, og til at sænke det samlede energiforbrug i den keramiske industri.

"Imidlertid, processen skal producere robuste homogene keramiske materialer for at være udbredt. Vores papir forklarer, hvorfor flashsintring kan resultere i inhomogene egenskaber i keramik og foreslår en række veje til at afbøde disse effekter. "