Создан новый литий-ионный сверхпроводник обеспечивающий безопасные твердотельные батареи

Создан быстрый литий-ионопроводящий твердый электролитный материал, сравнимый с жидкими электролитами, используемыми в обычных батареях. Это инновационный синтез, разработанный для литий-ионного сверхпроводника, без какого-либо компромисса между производительностью и характеристиками материала.

Исследовательская группа доктора Хенчхула Кима из Центра исследований энергетических материалов при Корейском институте науки и технологии (KIST, исполняющий обязанности президента Юн Сеок-чжин) успешно разработала суперионный проводник на основе сульфида, который можно использовать для высоких температур. Это уникальный твердый электролит для твердотельных аккумуляторов.

Этот новый материал обеспечивает литий-ионную проводимость 10,2 мСм / см при комнатной температуре и сравним с проводимостью жидких электролитов, используемых для типичных литий-ионных батарей. Исследовательская группа также сообщила о новой технологии синтеза, которая может сократить время обработки существующих технологий синтеза более чем на треть. Мы ожидаем, что эта технология значительно ускорит массовое производство суперионных материалов с твердым электролитом и будет способствовать коммерциализации полностью твердотельных батарей.

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы на основе жидких электролитов в основном используются для аккумуляторов электромобилей и устройств накопления энергии. Однако, поскольку проблемы с безопасностью аккумуляторов в последнее время поднимались несколько раз, возросли различные опасения по поводу использования существующих аккумуляторов с использованием легковоспламеняющихся жидких электролитов.

Чтобы решить эту проблему безопасности, в последнее время большое внимание привлекла технология полностью твердотельных батарей, в которой все компоненты батареи заменены на твердые материалы. Однако, в отличие от жидкого электролита, в котором Li-ионы могут свободно перемещаться, твердый электролит имеет низкую проводимость Li-иона от 1/10 до 1/100 от проводимости жидкого электролита, потому что движение Li-ионов ограничено внутри жесткой сплошной решеткой. Это одна из наиболее важных и трудных задач при разработке технологии полностью твердотельных аккумуляторов, и ее техническая и экономическая ценность очень велика.

Исследовательская группа доктора Кима в KIST разработала твердый электролит с суперионной проводимостью с использованием кристаллической структуры на основе сульфида, называемой аргиродитом.

Между тем, эта кристаллическая структура имела большие ожидания в отношении использования из-за ее высокой концентрации литий-ионов и структурной стабильности, но ее литий-ионная проводимость оставалась ниже 4 мСм / см из-за структурной уникальности Li-ионов, захваченных в октаэдрической клетке в кристалле аргиродита. Исследовательская группа недавно разработала новый литий-ионный путь, который пересекает октаэдрическую клетку, применяя метод селективного замещения хлора, галогенового элемента, в определенных атомных положениях.

Новый твердый электролитный материал, разработанный исследователями KIST, имеет литий-ионную проводимость 10,2 мСм / см, что эквивалентно электропроводности обычного жидкого электролита при комнатной температуре, и при этом сохраняет электрохимическую стабильность при различных условиях работы батареи.

Кроме того, новый метод синтеза, о котором сообщает исследовательская группа KIST, привлек больше внимания, поскольку возможно максимизировать массовую производительность суперионных материалов с твердым электролитом. Хотя обычный процесс твердофазной реакции требует более нескольких дней времени обработки, в этом исследовании был предложен простой метод синтеза, который объединяет процесс нанокристаллического образования и технологию быстрой термообработки в инфракрасном диапазоне, чтобы сократить время процесса до 10 часов.

По словам доктора Кима, “в области полностью твердотельных аккумуляторных батарей исследования ведут иностранные исследователи, включая Японию. В этом исследовании большое значение имеет разработка высокоэффективного твердого электролитического материала с превосходной массовой производительностью”. Далее он комментирует: “Синтез суперионных сульфидных материалов с помощью быстрого процесса очень вероятно будет коммерциализирован и в будущем может широко использоваться в электромобилях и системах накопления энергии в качестве твердого электролита”.