より良い固体電池を設計するための最初の一歩(A first step to designing better solid-state batteries)

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2023-05-23 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

◆固体電池の改良は、気候への影響を軽減するために重要です。ボストンのノースイースタン大学とアルゴンヌ国立研究所の研究チームは、厚い陽極の組成が固体電池内の電気化学反応にどのように影響するかを調査しました。
◆彼らはX線イメージングを使用してバッテリー内の各領域の性能を非破壊的に研究し、陽極の組成が反応の発生位置を変えることを発見しました。これにより、電気自動車や携帯電子機器などのためにより優れたバッテリーの設計に向けた重要な一歩が踏み出されました。

<関連情報>

厚膜NMC111-Argyrodite固体正極におけるリチオ化勾配と迷路性因子 Lithiation Gradients and Tortuosity Factors in Thick NMC111-Argyrodite Solid-State Cathodes

Alyssa M. Stavola, Xiao Sun, Dominick P. Guida, Andrea M. Bruck, Daxian Cao, John S. Okasinski, Andrew C. Chuang, Hongli Zhu and Joshua W. Gallaway
ACS Energy Letters  Published:February 2, 2023
DOI:https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02699

Abstract Image

Abstract

Achieving high energy density in all-solid-state lithium batteries will require the design of thick cathodes, and these will need to operate reversibly under normal use conditions. We use high-energy depth-profiling X-ray diffraction to measure the localized lithium content of Li1–xNi1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC111) through the thickness of 110 μm thick composite cathodes. The composite cathodes consisted of NMC111 of varying mass loadings mixed with argyrodite solid electrolyte Li6PS5Cl (LPSC). During cycling at C/10, substantial lithiation gradients developed, and varying the NMC111 loading altered the nature of these gradients. Microstructural analysis and cathode modeling showed this was due to high tortuosities in the cathodes. This was particularly true in the solid electrolyte phase, which experienced a marked increase in tortuosity factor during the initial charge. Our results demonstrate that current distributions are observed in sulfide-based composites and that these will be an important consideration for practical design of all-solid-state batteries.

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