最小限の外圧で機能するリチウム金属電池に一歩近づく(One Step Closer to Lithium Metal Batteries that Function with Minimal External Pressure)

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2023-08-03 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

◆カリフォルニア大学サンディエゴ校とシカゴ大学のバッテリー研究チームが、革新的な薄膜固体電解質であるリチウムリン酸酸化窒素(LiPON)を生産する新しい方法を開発しました。
◆彼らは自立型のLiPONフィルムを機能的なバッテリーテストに使用し、内部の圧縮応力と金のシード層を活用して、外部圧力がなくても均一なリチウム金属の電気化学堆積を促進することを発見しました。これにより、LiPONをより包括的に研究できるようになり、将来のリチウムバッテリー産業での重要な役割を果たす可能性が高まりました。
◆さらに、このフィルムはリチウム固体電池の開発にも有益な知見を提供し、ウェアラブルデバイスなどコンパクトな電子機器の市場にも大きな影響を与える可能性があります。

<関連情報>

リチウムリン酸窒化物薄膜電解質は外圧をかけずにリチウム金属を均一に析出させることができる A free-standing lithium phosphorus oxynitride thin film electrolyte promotes uniformly dense lithium metal deposition with no external pressure

Diyi Cheng,Thomas Wynn,Bingyu Lu,Maxwell Marple,Bing Han,Ryosuke Shimizu,Bhagath Sreenarayanan,Jeffery Bickel,Peter Hosemann,Yangyuchen Yang,Han Nguyen,Weikang Li,Guomin Zhu,Minghao Zhang & Ying Shirley Meng
Nature Nanotechnology  Published:03 August 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-023-01478-0

最小限の外圧で機能するリチウム金属電池に一歩近づく(One Step Closer to Lithium Metal Batteries that Function with Minimal External Pressure)

Abstract

Lithium phosphorus oxynitride (LiPON) is an amorphous solid electrolyte that has been extensively studied over the last three decades. Despite the promise of pairing it with various electrode materials, LiPON’s rigidity and air sensitivity set limitations to understanding its intrinsic properties. Here we report a methodology to synthesize LiPON in a free-standing form that manifests remarkable flexibility and a Young’s modulus of ∼33 GPa. We use solid-state nuclear magnetic resonance and differential scanning calorimetry to quantitatively reveal the chemistry of the Li/LiPON interface and the presence of a well-defined LiPON glass-transition temperature of 207 °C. Combining interfacial stress and a gold seeding layer, our free-standing LiPON shows a uniformly dense deposition of lithium metal without the aid of external pressure. This free-standing LiPON film offers opportunities to study fundamental properties of LiPON for interface engineering for solid-state batteries.

0402電気応用
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