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Research Results 研究成果

“百聞は一見に如かず” 動作する全固体電池内部を透かし見る

全固体リチウム硫黄电池の実现へ、正极内部の反応前线形成を中性子オペランド计测で可视化 2023.03.30
研究成果Technology

ポイント

  • 硫?は豊富で?きな容量を持つ梦の活物质だが絶縁性
  • 実?化へ、性能制限因?の同定と劣化机构の解明が不可?
  • 中性?线を?いて全固体复合正极中のリチウム输送现象を世界で初めて可视化
  • 复合体中のマクロなイオン输送向上が性能向上のカギを握ることを明らかに

概要

 安価で豊富、?容量と叁拍?そろった硫?を、?い安全性と蓄电性能が?込まれる全固体电池で利?する全固体リチウム硫?电池は、次々世代型蓄电デバイスの候补として注?されています。その実?化には、?速で充放电が可能な硫?正极が不可?であり、?い输送性能を持つ固体硫?正极の実现へ、现在の输送のボトルネックと劣化机构の同定、またそれに基づく设计指针の検讨が望まれていました。
 九州?学?学研究院応?化学部?の?野真之助教は、Technische Universit?t Berlin のRobert Bradbury博?研究員、Tobias Arlt 博?研究員、Justus-Liebig-Universit?t Gie?en のGeorg F. Dewald ?学院?(当時)、Jürgen Janek 教授、University of Münster のMarvin A. Kraft ?学院?(当時)、Wolfgang G. Zeier 教授、Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)のNikolay Kardjilov 博?研究員、Ingo Manke グループリーダーと共同で、動作中の全固体硫?正極内部のリチウム輸送現象を、中性?線を?いて世界で初めて可視化しました。オペランド計測により放電中に固体電解質側から伝播する反応前線の形成が確認され、正極中のマクロなイオン輸送が極端に遅いことが明らかとなりました。さらに充電状態を変えながら内部の断層撮影を?い、集電体付近にリチウムが残存することで容量劣化が起こることを突き?めました。今回解明された性能制限因?の同定と劣化機構は、固体硫?正極の向上にはイオン輸送を犠牲にしないプロセス?法や輸送安定性のさらに?い固体電解質の開発、さらにはイオン供給能を?める正極構造の設計が必要となることを?唆しています。
 本研究はドイツ連邦教育研究省(BMBF:03XP0115A and 03XP0115C)とAlexander von Humboldt Foundation の?援を受けて?われました。なお、本研究成果は国際学術誌『Advanced Energy Materials』のオンライン速報版に、2023年3?20?(?)(?本時間)に掲載されました。

動作中の全固体リチウムイオン電池正極内 部でのリチウムイオン輸送現象を、中性?線 を?いてオペランド可視化を?った。左図や 掲載動画*に?される、放電中に電解質層側 から集電体側へ伝播する反応前線の形成は、 正極中のイオン輸送が極端に遅いことを? しており、?層の材料研究や正極内構造の? 次化の必要性を?唆している。

中性?线减衰强度の変化(上)とその时间微分(下)の动画の静?画

论文情报

掲載誌:Advanced Energy Materials
タイトル:
著者名:Robert Bradbury, Georg F. Dewald, Marvin A. Kraft, Tobias Arlt, Nikolay Kardjilov,Jürgen Janek, Ingo Manke, Wolfgang G. Zeier, Saneyuki Ohno
D O I :10.1002/aenm.202203426

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