Измерение переноса лития в твердотельных батареях с изотопами лития

Слева: схематическая иллюстрация сплошной батареи.Справа: 3D -представления, показывающие неоднородность процентной численности изотопа 6LI.Кредит: HZB

Используя умный трюк, команда во главе с доктором Инго Манке и доктором Робертом Брэдбери из HZB и несколькими сотрудниками теперь удалось наблюдать за этим транспортом ионов лития через электролит в режиме реального времени в режиме реального времени.Они воспользовались тем фактом, что литий обычно существует как смесь двух изотопов: около 90% литий-7, который прозрачен для нейтронных пучков, и оставшиеся 10% литий-6, который сильно поглощает нейтроны.

«У нас была идея, что мы могли бы использовать различную прозрачность ионов лития, чтобы следовать их пути через электролит. И это очень хорошо работает с рентгенографией операндо и нейтронной томографии in situ», - говорит Брэдбери.Измерения нейтронов проводились в Институте Лауэ-Ланжевина в Гренобле, Франция, где эксперт по HZB доктор Николай Кардджилов создал совместную томографию.

Для расследования была изготовлена литиевая батарея с анодом из чистого лития6.Твердый электролит состоял из обычной смеси Li6 и Li7.«Это позволило нам различать во время первоначального разряда между подвижными ионами лития, дифференцирующимися через ячейку от анода, и изначально в твердом электролите», - объясняет Брэдбери.

Используя рентгенографию операндо нейтрона, исследователи наблюдали диффузию ионов лития через клетку, в то время как нейтронная томография in situ обеспечила трехмерный вид распределения захваченных ионов лития в клетке в заряженных и разгруженных состояниях.В исследовании также участвовали команды из университетов Гиссен и Брауншвейга и исследовательского центра Юлиха.

Самый важный результат: диффузия LI не является однородной и однородной.Кроме того, этот метод позволяет протестировать новые электролиты с помощью изотопа Li Li6, чтобы быстрее найти электролиты, с помощью которых литий может особенно хорошо диффундировать.«Выяснение транспортных путей ионов лития через твердый сепаратор электролита является важным шагом на пути к разработке надежных, функциональных твердотельных батарей»,-говорит Инго Манке.

Работа опубликована в журнале «Дополнительные функциональные материалы».

Больше информации: Роберт Брэдбери и др., Визуализируя транспорт ионов лития в твердотельных батареях LI -S с использованием контрастного уровня 6LI Contrast, улучшенная нейтронная визуализация, усовершенствованные функциональные материалы (2023).Doi: 10.1002/adfm.202302619