Procédé ultrarapide pour la fabrication d'une interface électrolyte solide Li métal-inorganique

Sciences de l'énergie et de l'environnement ( IF 38.532 ) Date de publication : 2021-06-24 , DOI. 10.1039/d1ee00759a

Hirokazu Kitaura, Eiji Hosono, Haoshen Zhou

abstrait

Une anode de lithium devrait être appliquée aux batteries de la prochaine génération utilisant des électrolytes solides inorganiques (ISE). Lors de l'assemblage du Li avec les ISE, les réactions interfaciales entraînent souvent une dégradation des performances et ont été évitées. stratégie pour la formation ultrarapide d'une bonne interface entre le Li et les ISE, en utilisant un processus réactif (méthode de soudage par fusion assistée par ultrasons). Nous avons constaté que l'irradiation ultrasonique contribue à la formation d'une interface appropriée entre le Li fondu et les ISE, et que le processus d'assemblage s'achève en quelques secondes seulement. L'interface obtenue présente une faible résistance et peut être utilisée avec une densité de courant élevée de 0,5 mA cm-2. La mise au point d'un prototype de cellule pour la prochaine génération de piles à combustible est en cours. Le développement de cellules prototypes pour les batteries de la prochaine génération a été favorisé par ce processus ultrarapide.

Un contexte plus large

Le métal Li, qui a une grande capacité théorique (3860 mA h g-1) et un potentiel négatif (-3,04 V par rapport au potentiel standard de l'hydrogène), est considéré comme le matériau d'anode ultime. Les batteries à l'état solide utilisant des électrolytes solides inorganiques (ISE) et du métal Li devraient constituer la prochaine génération de batteries à haute sécurité et à haute densité énergétique. Par conséquent, les techniques permettant de lier effectivement le métal Li aux ISE en peu de temps par un processus simple sont importantes dans la recherche sur les batteries Li-ion. Par conséquent, les techniques permettant de lier de manière effective le métal Li aux ISE en peu de temps par un processus simple sont importantes dans la recherche sur les batteries Li-ISE. Dans ce rapport, nous démontrons une nouvelle stratégie pour lier rapidement le métal Li et un ISE à l'aide d'ondes ultrasoniques - la méthode de liaison par fusion thermique assistée par ultrasons. Nous avons constaté que l'irradiation ultrasonique favorise la formation d'une interface entre le Li et l'ISE, et que le processus d'assemblage s'achève en quelques secondes seulement. L'interface obtenue présentait une faible résistance et pouvait être utilisée sous une densité de courant élevée. Le développement de cellules prototypes a été favorisé par ce processus ultrarapide. Cette technologie, qui permet de créer facilement une interface Li-ISE électrochimiquement favorable, libère les gens des tracas liés au Li et à l'ISE. Cette technologie, qui permet de créer facilement une interface Li-ISE électrochimiquement favorable, libère les gens des tracas de la fabrication d'anodes de Li et favorisera la réalisation de batteries de nouvelle génération et l'utilisation de véhicules électriques.

Un procédé ultra-rapide pour la préparation d'interfaces électrolyte solide lithium-métal-inorganique

Les anodes de lithium devraient être utilisées dans la prochaine génération de batteries utilisant des électrolytes solides inorganiques (ISE). Lors de la combinaison de Li et d'ISE, les réactions interfaciales entraînent généralement une dégradation des performances et ont été évitées. Dans ce rapport, nous démontrons une nouvelle stratégie pour former une bonne interface entre le Li et l'ISE ultra rapidement en utilisant un processus réactif (méthode de soudage par fusion assistée par ultrasons). Nous avons constaté que l'irradiation ultrasonique aide à former une interface appropriée entre le Li fondu et l'ISE et que le processus d'assemblage ne prend que quelques secondes. L'interface obtenue présente une faible résistance et peut être utilisée à des densités de courant élevées de 0,5 mA cm-2. Ce processus ultrarapide facilite le développement de cellules prototypes pour les batteries de la prochaine génération.

Le lithium métal, avec sa grande capacité théorique (3860 mA h g-1) et son potentiel négatif (-3,04 V par rapport au potentiel standard de l'hydrogène), est considéré comme le matériau anodique ultime. Les batteries à l'état solide utilisant un électrolyte solide inorganique (ISE) et du lithium métal devraient constituer la prochaine génération de batteries à haute sécurité et à haute densité énergétique. Par conséquent, la technique de liaison efficace du lithium métal à l'ISE par le biais d'un processus simple et rapide est très importante pour la recherche sur les batteries Li-ISE. Cependant, les méthodes conventionnelles nécessitent des processus longs et fastidieux. Dans ce rapport, nous démontrons une nouvelle stratégie pour lier rapidement le lithium métal à l'ISE en utilisant des ultrasons, la méthode de fusion thermique assistée par ultrasons. Nous avons constaté que l'irradiation ultrasonique facilitait la formation de l'interface entre le lithium fondu et l'ISE, et que le processus d'assemblage ne prenait que quelques secondes. L'interface obtenue présente une faible résistance et peut être utilisée à des densités de courant élevées. Ce processus ultrarapide facilite le développement de prototypes de batteries. La technologie permet de créer facilement des interfaces Li-ISE électrochimiquement favorables, libérant ainsi les gens des tracas liés à la fabrication d'anodes en lithium, et facilitera la réalisation de batteries de nouvelle génération et l'adoption de véhicules électriques.

Note : La traduction chinoise est effectuée par un programme informatique, veuillez vous référer au texte original.

Source :Sciences de l'énergie et de l'environnement