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I ricercatori del NanoBio Lab (NBL) di A*STAR hanno progettato un elettrolita semisolido per batterie litio-zolfo che ne migliora la sicurezza senza comprometterne le prestazioni. Questa svolta promettente apre la strada all'utilizzo delle batterie al litio-zolfo come soluzioni di alimentazione efficienti in diverse applicazioni elettroniche e di accumulo di energia.
La sicurezza è una questione importante che ostacola l'uso delle batterie al litio da parte dell'industria, a causa dei loro elettroliti organici liquidi altamente infiammabili che fuoriescono facilmente, e la loro dipendenza da separatori di elettrodi termicamente e meccanicamente instabili. Mentre gli elettroliti allo stato solido hanno mostrato il potenziale per migliorare il profilo di sicurezza delle batterie al litio, il loro scarso contatto elettrodo/elettrolita e la conduttività ionica limitata hanno portato a importanti colli di bottiglia della conduttività ea prestazioni basse.
Prof. Jackie Y. Ying, chi guida il team di ricerca NBL ha condiviso, "Gli elettroliti ibridi quasi solidi che comprendono componenti sia liquidi che solidi sono emersi come un compromesso pratico per ottenere batterie più sicure mantenendo buone prestazioni. Tuttavia, l'elevata resistenza del componente solido ha finora limitato le prestazioni di tali batterie. Per superare questo, abbiamo reingegnerizzato la microstruttura del componente solido. La nostra soluzione elimina le perdite di elettroliti, ed è termicamente e meccanicamente stabile."
Il team di ricerca NBL ha progettato un elettrolita ibrido quasi solido, che comprende una membrana porosa infusa di liquido in Li 7 La 3 Zr 2 oh 12 (LLZO) fogli. Il team ha anche sviluppato un nuovo metodo per fabbricare i fogli LLZO utilizzati per costruire la struttura per l'elettrolita. Hanno chiamato questo processo in un solo passaggio per la produzione di una struttura di fogli 3D il metodo "cupcake".
LLZO è stato scelto per la sua elevata conducibilità ionica, e buona stabilità chimica ed elettrochimica. La struttura non rigida dell'elettrolita gli consente di mantenere un ottimo contatto con gli elettrodi e ne impedisce la rottura durante la manipolazione e l'assemblaggio della batteria. Ciò si traduce in batterie più sicure con prestazioni migliori. L'elettrolita semisolido di NBL è anche stabile in un'ampia gamma di tensioni, consentendone l'utilizzo con diversi materiali degli elettrodi della batteria al litio, compresi i catodi ad alta tensione.
Una batteria al litio-zolfo realizzata utilizzando il nuovo elettrolita di NBL ha mostrato un'elevata capacità, capacità di carica/scarica rapida, e un interessante controllo di polisolfuro che ha stabilizzato le prestazioni della batteria. Nei test, il nuovo elettrolita ha raggiunto una notevole capacità di velocità (~515 e ~340 mAh/ga 1 e 2C, rispettivamente) a 1,5 mg/cm 2 densità di carico. Questa è tra le più alte prestazioni conosciute raggiunte dalle batterie quasi solide ibride litio-zolfo.
Il prof. Ying ha detto, "La nostra struttura basata su fogli 3D è risultata cruciale per prestazioni ottimali della batteria. Inoltre, il nostro sistema ha dimostrato un'eccezionale stabilità a temperature estreme. Questi risultati illustrano l'eccellente potenziale della nostra struttura a fogli come struttura per altre batterie al litio semi-solide".
Il team NBL sta sviluppando nuovi ioni di litio, batterie al litio-zolfo e al litio a stato solido verso la commercializzazione.
Metodo di sintesi "Cupcake" in un solo passaggio
I precursori metallici e il saccarosio vengono disciolti in acqua e posti in un forno preprogrammato.
All'interno del forno:
