p Grande avanço na compreensão da causa da alta resistividade nas interfaces eletrodo-eletrólito, o que tem dificultado o desenvolvimento de baterias de alta densidade de potência. p Uma equipe de pesquisa do National Institute for Materials Science (NIMS) liderada pelo pesquisador sênior Nobuyuki Ishida e pelo pesquisador de pós-doutorado Hideki Masuda, Grupo de Caracterização de Superfície, Centro de Pesquisa para Medição e Caracterização Avançada (Ishida também é um líder VERDE no Grupo de Caracterização de Nano Interface), conseguiu visualizar a mudança em nanoescala na distribuição potencial em materiais de cátodo composto de baterias de íon de lítio de estado sólido (SS-LIBs) antes e depois de carregar / descarregar as baterias. Os resultados deste estudo podem contribuir para identificar a causa da alta resistividade nas interfaces eletrodo-eletrólito, que tem dificultado o desenvolvimento de SS-LIBs de alta densidade de potência.

p Devido à sua segurança comprovada e excelentes características de ciclo, SS-LIBs são concebidos como baterias de armazenamento de próxima geração promissoras. Contudo, por causa da maior resistência de transferência de íons de lítio nas interfaces eletrodo-eletrólito sólido em comparação com as interfaces eletrodo-eletrólito líquido, é difícil aumentar a densidade de potência dos SS-LIBs. Para entender a origem da resistividade interfacial, modelagem foi aplicada à camada empobrecida de íon de lítio (camada de carga espacial), que se forma em eletrólitos sólidos quando SS-LIBs estão sendo carregados, e a defeitos na camada interfacial. Para testar essas hipóteses, é fundamental medir a mudança na espessura da camada de carga espacial, e a mudança na distribuição das concentrações de íons de lítio nessa camada antes e depois de carregar / descarregar as baterias. Então, será possível analisar a correlação entre essas medidas e a resistividade interfacial. Contudo, foi difícil medir a distribuição do potencial elétrico em amostras SS-LIB, pois as amostras precisam ser extraídas sem comprometer o desempenho da bateria. Este foi um grande problema que impediu os pesquisadores de investigarem a causa da resistividade interfacial.

p A equipe de pesquisa desenvolveu um método pelo qual as amostras a serem medidas são cortadas de SS-LIBs, a seção transversal das amostras é tratada, e a distribuição potencial é medida usando um microscópio de sonda de varredura, todos os quais são realizados sob uma atmosfera de gás inerte ou no vácuo. Em seguida, a equipe visualizou com sucesso a mudança na distribuição potencial decorrente da carga / descarga da bateria no cátodo composto na alta resolução espacial (≤50 nm), mantendo o desempenho da bateria. Quando SS-LIBs (fornecido pela Taiyo Yuden Co., Ltd.) foram avaliados usando este método, os resultados indicaram que a área onde as concentrações de íons de lítio diminuíram na ordem de micrômetros expandiram na região do eletrólito sólido, e que os estados de cobrança eram localmente não homogêneos.

p Este método é aplicável à avaliação de camadas de carga espacial em muitos tipos de SS-LIBs, e pode contribuir para a compreensão das causas da alta resistividade interfacial em SS-LIBs. Além disso, este método também é aplicável à avaliação das diferenças nos estados de carga / descarga para partículas de material ativo individuais que surgem devido à distribuição não uniforme da condutividade elétrica nos materiais compósitos do eletrodo. Portanto, o novo método pode não apenas contribuir para o design de interfaces para melhorar o desempenho de SS-LIBs, mas também se aplicar a várias técnicas de análise de bateria, incluindo a análise das causas da degradação da bateria.

p Uma parte deste estudo foi conduzida em conjunto com o projeto intitulado "Formação de caminho de condução de super-íon em bateria recarregável de íon de lítio totalmente em estado sólido por meio do projeto da interface de fase de cristal com estruturas hierarquicamente controladas" (Katsuya Teshima, diretor de pesquisa), que foi realizado para complementar o projeto "Criação de materiais funcionais inovadores com propriedades avançadas por design hiper-nanoespaço" (Tohru Setoyama, supervisor de pesquisa), no âmbito dos Programas Estratégicos de Pesquisa Básica (especificamente o programa CREST) ​​patrocinado pela Agência de Ciência e Tecnologia do Japão (JST).