Faire fonctionner les batteries sans pression externe

Laboratoire de stockage et de conversion d'énergie de l'UC San Diego / Diyi Cheng

En vous abonnant, vous acceptez nos conditions d'utilisation et nos politiques. Vous pouvez vous désinscrire à tout moment.

Une équipe de chercheurs en batteries dirigée par l'Université de Californie à San Diego et l'Université de Chicago a mis au point un matériau appelé oxynitrure de lithium-phosphore (LiPON) qui, lors de tests fonctionnels de batteries, s'est avéré favoriser un dépôt électrochimique de lithium métallique uniformément dense sous zéro. pression extérieure.

C’est ce que révèle un communiqué des institutions publié jeudi.

« LiPON est un électrolyte solide en couche mince qui conduit les ions lithium et s'avère très prometteur pour son association avec une large gamme de matériaux d'électrodes pour l'industrie des batteries au lithium du futur. Cependant, les méthodes existantes de production de LiPON ont empêché les chercheurs de comprendre pleinement ce matériau. Désormais, l’équipe a trouvé un moyen de produire cet électrolyte solide prometteur sous une forme autonome qui permet d’étudier le LiPON de manière plus approfondie », indique le communiqué de presse.

"La nouvelle approche de fabrication du LiPON a également ouvert la porte à l'utilisation de cet électrolyte solide pour permettre aux batteries au lithium métal de fonctionner sous une pression externe minimale."

Les scientifiques ont également conçu une nouvelle méthodologie pour produire un film LiPON sous une forme autonome en créant un film LiPON autoportant flexible et transparent (FS-LiPON) compatible avec un large éventail de techniques spectroscopiques. Cette méthode a apporté de nouvelles connaissances, propriétés thermiques et propriétés mécaniques.

L'équipe de recherche a également mis en œuvre la nouvelle version autonome de l'électrolyte à l'état solide dans des tests fonctionnels de batteries, rapportant que le FS-LiPON à couche mince favorise un dépôt électrochimique de lithium métallique uniformément dense sous une pression externe nulle. Ce résultat offre des indications précieuses concernant l’ingénierie des interfaces dans les batteries à semi-conducteurs en vrac.

Les batteries à couches minces basées sur LiPON ont de nombreuses applications dans divers domaines, tels que les appareils portables et autres appareils électroniques compacts avec un marché gigantesque. « Le film FS-LiPON produit dans ce travail a permis des discussions approfondies sur la chimie des interfaces, la diffusion des ions et l'ingénierie des interfaces, qui ont mis en lumière à la fois les principes fondamentaux et les applications des matériaux LiPON, et pourraient bénéficier au développement de batteries au lithium à l'état solide dans de nombreux domaines. manières », note le communiqué de presse dans sa conclusion.

Ces travaux ont été publiés jeudi dans la revue Nature Nanotechnology.

Résumé de l'étude :

L'oxynitrure de lithium et de phosphore (LiPON) est un électrolyte solide amorphe qui a été largement étudié au cours des trois dernières décennies. Malgré la promesse de l'associer à divers matériaux d'électrode, la rigidité et la sensibilité à l'air du LiPON limitent la compréhension de ses propriétés intrinsèques. Nous rapportons ici une méthodologie pour synthétiser LiPON sous une forme autonome qui manifeste une flexibilité remarquable et un module de Young de ∼33 GPa. Nous utilisons la résonance magnétique nucléaire à l'état solide et la calorimétrie différentielle à balayage pour révéler quantitativement la chimie de l'interface Li/LiPON et la présence d'une température de transition vitreuse LiPON bien définie de 207 °C. Combinant une contrainte interfaciale et une couche d'ensemencement d'or, notre LiPON autonome présente un dépôt uniformément dense de lithium métallique sans l'aide d'une pression externe. Ce film LiPON autonome offre la possibilité d'étudier les propriétés fondamentales du LiPON pour l'ingénierie des interfaces pour les batteries à semi-conducteurs.