Un proceso ultrarrápido para la fabricación de una interfaz de electrolito sólido Li metal-inorgánico

Energía y medio ambiente ( IF 38.532 ) Fecha de publicación : 2021-06-24 DOI. 10.1039/d1ee00759a

Hirokazu Kitaura, Eiji Hosono, Haoshen Zhou

abstracto

Se espera aplicar un ánodo de litio a las baterías de próxima generación que utilicen electrolitos sólidos inorgánicos (ISE). Al unir Li con ISEs, las reacciones interfaciales a menudo causan degradación del rendimiento y se han evitado. En este informe, demostramos una nueva estrategia para la formación ultrarrápida de una buena interfaz entre el Li y los ISE, utilizando un proceso reactivo (método de soldadura por fusión asistida por ultrasonidos). Hemos comprobado que la irradiación ultrasónica contribuye a la formación de una interfaz adecuada entre el Li fundido y los ISEs, y que el proceso de unión finaliza en tan sólo unos segundos. La interfaz obtenida presentaba una baja resistencia y podía utilizarse con una alta densidad de corriente de 0,5 mA cm-2. El desarrollo de El desarrollo de prototipos de celdas para baterías de próxima generación se vio favorecido por este proceso ultrarrápido.

Contexto más amplio

El Li metal, que tiene una gran capacidad teórica (3860 mA h g-1) y un potencial negativo (-3,04 V frente al potencial estándar del hidrógeno), se considera el material anódico definitivo. Se espera que las baterías de estado totalmente sólido que utilizan electrolitos sólidos inorgánicos (ISE) y Li metal sean baterías de próxima generación con alta seguridad y alta densidad energética. Por lo tanto, en la investigación de las baterías de iones de litio son importantes las técnicas para unir eficazmente el metal de litio a los ISE en poco tiempo mediante un proceso sencillo. Por lo tanto, las técnicas para unir effectivamente el metal de Li a las ISE en poco tiempo mediante un proceso sencillo son importantes en la investigación de las baterías de Li-ISE. En este informe, demostramos una nueva estrategia para unir rápidamente Li metal y un ISE mediante ondas ultrasónicas: el método de unión por fusión térmica asistida por ultrasonidos. Hemos comprobado que la irradiación ultrasónica ayuda a la formación de la interfaz entre el Li y el ISE, y que el proceso de unión finaliza en tan sólo unos segundos. La interfaz obtenida presentaba una baja resistencia y podía utilizarse con una alta densidad de corriente. Este proceso ultrarrápido favoreció el desarrollo de prototipos de células. Esta tecnología, que crea fácilmente una interfaz Li-ISE electroquímicamente favorable, libera a la gente de las molestias del Li y del ISE. Esta tecnología, que crea fácilmente una interfaz Li-ISE electroquímicamente favorable, libera a la gente de las molestias de la fabricación de ánodos de Li y promoverá la realización de baterías de próxima generación y la utilización de vehículos eléctricos.

Un proceso ultrarrápido para la preparación de interfaces de electrolito sólido de litio metálico-inorgánico

Se espera que los ánodos de litio se utilicen en la próxima generación de baterías que empleen electrolitos sólidos inorgánicos (ISE). Al combinar Li con ISE, las reacciones interfaciales suelen provocar una degradación del rendimiento, por lo que se han evitado. En este informe, demostramos una nueva estrategia para formar una buena interfaz entre el Li y el ISE de forma ultrarrápida utilizando un proceso reactivo (método de soldadura por fusión asistida por ultrasonidos). Hemos descubierto que la irradiación ultrasónica ayuda a formar una interfaz adecuada entre el Li fundido y el ISE y que el proceso de unión tarda sólo unos segundos en completarse. La interfaz obtenida muestra una baja resistencia y puede utilizarse a altas densidades de corriente de 0,5 mA cm-2. Este proceso ultrarrápido facilita el desarrollo de prototipos de celdas para baterías de próxima generación.

El litio metálico, con su gran capacidad teórica (3860 mA h g-1) y su potencial negativo (-3,04 V frente al potencial estándar del hidrógeno), se considera el material anódico definitivo. Se espera que las baterías de estado totalmente sólido que utilizan electrolito sólido inorgánico (ISE) y metal de litio sean la próxima generación de baterías con alta seguridad y alta densidad energética. Por lo tanto, la técnica de unir eficazmente el metal de litio al ISE mediante un proceso sencillo en poco tiempo es muy importante en la investigación de las baterías Li-ISE. Sin embargo, los métodos convencionales requieren procesos largos y tediosos. En este informe, demostramos una nueva estrategia para unir rápidamente metal de litio a ISE mediante ultrasonidos, el método de fusión térmica asistida por ultrasonidos. Descubrimos que la irradiación ultrasónica ayudaba a la formación de la interfaz entre el litio fundido y el ISE, y que el proceso de unión tardaba sólo unos segundos en completarse. La interfaz obtenida muestra una baja resistencia y puede utilizarse a altas densidades de corriente. Este proceso ultrarrápido facilita el desarrollo de prototipos de baterías. La tecnología facilita la creación de interfaces Li-ISE electroquímicamente favorables, liberando a la gente de las molestias de fabricar ánodos de litio, y facilitará la realización de baterías de próxima generación y la adopción de vehículos eléctricos.

Nota: La traducción al chino ha sido realizada por un programa informático, por favor consulte el texto original.

Fuente:Energía y medio ambiente