中性子が固体電池の内部を覗き、成功のカギを探る(Neutrons look inside working solid-state battery to discover its key to success)

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2023-06-28 オークリッジ国立研究所(ORNL)

◆オークリッジ国立研究所の研究者たちは、中性子反射法を使用して固体電池の内部を観察し、その電気化学反応をモニタリングしました。彼らは、固体電解質に溶け込むために負極から正極に移動するリチウム原子が通る非常に薄い層が、固体電池の優れた性能につながることを発見しました。これにより、より高性能な電池の設計につながる可能性があります。
◆固体電解質は液体電解質よりも安全性が高く、リチウムイオン電池の引火性の問題を解決できる可能性があります。中性子反射法を用いたこの研究は、固体電池技術の発展に貢献するものです。

<関連情報>

固体電池の埋もれた電解質-電極界面をナノメートルレベルの精度でその場測定 In Situ Measurement of Buried Electrolyte–Electrode Interfaces for Solid State Batteries with Nanometer Level Precision

Katie L. Browning, Andrew S. Westover, James F. Browning, Mathieu Doucet, Robert L. Sacci, and Gabriel M. Veith
ACS Energy Letters  Published:March 30, 2023
DOI:https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c00488

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Abstract

Many technologies including high-energy solid-state batteries rely on high quality solid–solid interfaces. Solid–solid interfaces are particularly difficult to study as their nature requires the interface to be buried. In this work we demonstrate the use of a combination of neutron reflectometry and in situ electrochemistry to measure the interface between Li metal and the solid electrolyte LiPON across an 8 cm2 area. Neutron reflectometry measurements confirm the interphase to be less than 7 nm thick. The neutron reflectometry data further emphasize that the interphase that forms is a chemical gradient consisting of a Li-rich layer that gradually decreases in Li content until it blends into pure LiPON. Experimental confirmation that we can make ideal solid–solid interphases less than 10 nm thick will help facilitate the adoption of high efficiency next generation solid state batteries. Further this combination of complementary techniques provides a more general methodology for studying buried solid–solid interfaces across applications.

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