Достижения в композитной конструкции катодного составного состояния для батарей на основе сульфида

Схематическая иллюстрация электродных структур (оптимальное механическое смешивание по сравнению с простым смешением рук) и сравнение производительности ячейки.Кредит: Корейский исследовательский институт электротехнологий

Исследователи в Корее объединились, чтобы решить проблемы в коммерциализации всемирно-государственных батарей.Работа опубликована в журнале «Материалы для хранения энергии».

Д-р Юн-Чеол Ха из Центра исследований батарей следующего поколения в Кери сотрудничал с командой, возглавляемой профессором Бьюнг Гон Ким из Департамента прикладной химии Университета Кёнг Хи, команды, возглавляемой профессором Джангюком Мун из Школы энергетических систем, Университет Чунг-Ан и другие, чтобы разработать технологию для оптимального смешивания катодных материалов для аккумуляторов из всех солида с сульфидными твердыми электролитами.

Аккумуляторы, состоящие из всех государств, привлекают внимание в качестве технологии батареи следующего поколения из-за чрезвычайно низкого риска пожара или взрыва.Тем не менее, они требуют значительно более продвинутой технологии по сравнению с обычными батареями на основе жидких электролитов, учитывая твердые характеристики аккумулятора из полностью изысканного штата, что делает производство более сложным.

В частности, эффективная смесь и дисперсия катодных активных материалов с твердыми электролитами, проводящими добавками и связующих, как известно, являются одними из проблем при изготовлении композитного электрода.

Должны быть выполнены строгие условия, такие как создание каналов (пути), которые облегчают эффективную перенос электронов и ионов лития и обеспечение низкого межфазного сопротивления на интерфейсах катод-электролита.

До сих пор два основных метода использовались для смешивания катодных материалов и твердых электролитов: простое смешивание их механически в мокрые или сухие условия, чтобы увеличить толщину десятков до сотен микрометров (один миллион от метра) или использование сердечникаМетод структуры оболочки, где поверхность катодных материалов обернута твердым электролитом.

Тем не менее, эти существующие методы столкнулись с проблемами в обеспечении перемещения электронов или ионов и в формировании раздела с низким сопротивлением.

Чтобы решить эту проблему, исследовательские группы Кери и университета использовали метод частично покрытия катодных активных материалов с твердым электролитом.

Поскольку твердый электролит сульфиса чувствителен к кислороду и влаге и может ухудшаться в случае неправильного использования, исследовательская группа разработала специальное оборудование Blade Mill-A, которое может использовать инертные газы, которые не вызывают химических реакций.Это позволило им изучать различные типы структур покрытия твердого электролита и проверить и проверить оптимальное соотношение смесь и условия процесса с катодными активными материалами.

Команда провела различные симуляции, чтобы собрать обширные данные, демонстрирующие улучшение использования активного материала (фактическая мощность по сравнению с теоретической способностью) и возможности ставки (быстрая зарядка/разрядка по сравнению с низкой точной зарядкой/разгрузкой).Затем они применили результат к прототипу (мешочковой ячейке), чтобы проверить производительность аккумулятора из всех солидных государств.

Доктор Юн-Чеол Х.А. сказал: «Для широкого распространения аккумуляторов из всех солидных государств важно повысить производительность и снизить стоимость самого твердого электролита. Однако технологии структурного проектирования и процесса производства, которые эффективно создаютКомпозитный электрод для эффективного облегчения плавного потока ионов и электронов также важна ».

Он добавил: «Используя композитный материал, где катодный активный материал частично покрыт твердым электролитом при оптимальном соотношении, мы можем улучшить функциональность электрода и значительно улучшить производительность батарейных аккумуляторов».

Кери, которая обеспечила патенты, связанные с этой технологией, планирует найти потенциальных клиентов и преследовать коммерциализацию, полагая, что достижение привлечет значительное внимание производителей материалов и оборудования для аккумуляторов из всех государств.

More information: Yoon Jun Kim et al, Exploring optimal cathode composite design for high-performance all-solid-state batteries, Energy Storage Materials (2024). DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103607