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Pesquisadores do NanoBio Lab (NBL) da A * STAR projetaram um eletrólito semissólido para baterias de lítio-enxofre que melhora sua segurança sem comprometer seu desempenho. Essa descoberta promissora abre caminho para que as baterias de lítio-enxofre sejam usadas como soluções de energia eficientes em diversas aplicações eletrônicas e de armazenamento de energia.
A segurança é uma questão importante que dificulta o uso de baterias de lítio pela indústria, devido aos seus eletrólitos orgânicos líquidos altamente inflamáveis que vazam facilmente, e sua dependência de separadores de eletrodos instáveis térmica e mecanicamente. Embora os eletrólitos de estado sólido tenham mostrado potencial para melhorar o perfil de segurança das baterias de lítio, seu pobre contato eletrodo / eletrólito e condutividade iônica limitada resultaram em grandes gargalos de condutividade e baixo desempenho.
Prof. Jackie Y. Ying, que chefia a equipe de pesquisa NBL compartilhou, "Eletrólitos semi-sólidos híbridos que compreendem componentes líquidos e sólidos surgiram como um compromisso prático para obter baterias mais seguras, mantendo o bom desempenho. No entanto, a alta resistência do componente sólido limitou até agora o desempenho de tais baterias. Para superar isso, nós reprojetamos a microestrutura do componente sólido. Nossa solução elimina o vazamento de eletrólito, e é térmica e mecanicamente estável. "
A equipe de pesquisa do NBL projetou um eletrólito quase sólido híbrido, que compreende uma membrana porosa com infusão de líquido feita de Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) folhas. A equipe também desenvolveu um novo método de fabricação das folhas LLZO usadas para construir a estrutura do eletrólito. Eles chamaram esse processo de uma etapa para a produção de uma estrutura de folha 3D de método 'cupcake'.
LLZO foi escolhido por sua alta condutividade iônica, e boa estabilidade química e eletroquímica. A estrutura não rígida do eletrólito permite que ele mantenha um contato muito bom com os eletrodos e evita que ele rache durante o manuseio e montagem da bateria. Isso resulta em baterias mais seguras com melhor desempenho. O eletrólito semissólido do NBL também é estável em uma ampla faixa de voltagem, permitindo que seja usado com diferentes materiais de eletrodo de bateria de lítio, incluindo cátodos de alta voltagem.
Uma bateria de lítio-enxofre feita com o novo eletrólito da NBL mostrou alta capacidade, capacidade de carga / descarga rápida, e interessante controle de transporte de polissulfeto que estabilizou o desempenho da bateria. Em testes, o novo eletrólito alcançou capacidade de taxa notável (~ 515 e ~ 340 mAh / g a 1 e 2C, respectivamente) a 1,5 mg / cm 2 densidade de carregamento. Este é um dos mais altos desempenhos conhecidos alcançados por baterias quase-sólidas híbridas de lítio-enxofre.
Prof. Ying disse, "Nossa estrutura baseada em folha 3D foi considerada crucial para o desempenho ideal da bateria. Além disso, nosso sistema demonstrou excelente estabilidade sob temperaturas extremas. Esses resultados ilustram o excelente potencial de nossa estrutura baseada em folha como uma estrutura para outras baterias de lítio semi-sólidas. "
A equipe NBL está desenvolvendo novos íons de lítio, Lítio-enxofre e baterias de estado sólido de lítio para comercialização.
Método de síntese de "cupcake" em uma etapa
Precursores de metal e sacarose são dissolvidos em água e colocados em um forno pré-programado.
Dentro da fornalha:
