蓄電量と充電速度の向上でEV用バッテリーをゼロにする(Zeroing in on EV batteries with more storage and faster charging)

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2023-10-20 オークリッジ国立研究所(ORNL)

◆電動車(EV)の最大の課題は、走行距離、安全性、信頼性を向上させるための先進的なバッテリー技術の開発です。新しい研究では、リチウムベースの新しい電解質材料(Li9N2Cl3)を使用して、通常の設計よりも高速に充電し、より多くのエネルギーを蓄える固体電池の開発が可能であることが示されました。
◆実験により、この固体電解質は通常の大気環境で安定しており、危険な樹枝状の構造であるデンドライトの成長を阻止することも明らかになりました。この研究により、液体電解質バッテリーの性能利点を備えつつ、より安全かつ信頼性が高いバッテリーの開発が可能となる重要な進歩が示されました。

<関連情報>

リチウムに適合し、空気中で安定な空孔リッチなLi9N2Cl3は、高容量、長サイクルの全固体リチウム金属電池に向く Lithium-compatible and air-stable vacancy-rich Li9N2Cl3 for high–areal capacity, long-cycling all–solid-state lithium metal batteries

Weihan Li,Minsi Li,Po-Hsiu Chien,Shuo Wang,Chuang Yu,Graham King,Yongfeng Hu,Qunfeng Xiao,Mohsen Shakouri,Renfei Feng,Bolin Fu,Hamidreza Abdolvand,Adam Fraser,Ruying Li,Yining Huang,Jue Liu,Yifei Mo,Tsun-Kong Sham,and Xueliang Sun
Science Advances  Published:20 Oct 2023
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adh4626

Abstract

Attaining substantial areal capacity (>3 mAh/cm2) and extended cycle longevity in all–solid-state lithium metal batteries necessitates the implementation of solid-state electrolytes (SSEs) capable of withstanding elevated critical current densities and capacities. In this study, we report a high-performing vacancy-rich Li9N2Cl3 SSE demonstrating excellent lithium compatibility and atmospheric stability and enabling high–areal capacity, long-lasting all–solid-state lithium metal batteries. The Li9N2Cl3 facilitates efficient lithium-ion transport due to its disordered lattice structure and presence of vacancies. Notably, it resists dendrite formation at 10 mA/cm2 and 10 mAh/cm2 due to its intrinsic lithium metal stability. Furthermore, it exhibits robust dry-air stability. Incorporating this SSE in Ni-rich LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 cathode-based all–solid-state batteries, we achieve substantial cycling stability (90.35% capacity retention over 1500 cycles at 0.5 C) and high areal capacity (4.8 mAh/cm2 in pouch cells). These findings pave the way for lithium metal batteries to meet electric vehicle performance demands.

0402電気応用
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