Fazendo as baterias funcionarem com pressão externa zero

Laboratório da UC San Diego para armazenamento e conversão de energia / Diyi Cheng

Ao se inscrever, você concorda com nossos Termos de Uso e Políticas. Você pode cancelar a assinatura a qualquer momento.

Uma equipe de pesquisadores de baterias liderada pela Universidade da Califórnia em San Diego e pela Universidade de Chicago projetou um material chamado oxinitreto de fósforo de lítio (LiPON) que, em testes funcionais de bateria, promoveu uma deposição eletroquímica de metal de lítio uniformemente densa sob zero pressão externa.

Isto é de acordo com um comunicado de imprensa das instituições publicado na quinta-feira.

“LiPON é um eletrólito de estado sólido de película fina que conduz íons de lítio e mostra uma forte promessa de emparelhamento com uma ampla gama de materiais de eletrodo para a indústria de baterias de lítio do futuro. No entanto, os métodos existentes para a produção de LiPON impediram os pesquisadores de compreender totalmente o material. Agora, a equipe encontrou uma maneira de produzir este eletrólito promissor de estado sólido em uma forma independente que permite que o LiPON seja estudado de forma mais abrangente”, observou o comunicado à imprensa.

“A nova abordagem para fabricar LiPON também abriu a porta para o uso deste eletrólito de estado sólido para permitir baterias de estado sólido de metal de lítio que poderiam funcionar sob pressão externa mínima.”

Os cientistas também conceberam uma nova metodologia para a produção de filme LiPON de forma independente, criando um filme LiPON (FS-LiPON) flexível e transparente, compatível com uma ampla gama de técnicas espectroscópicas. Este método rendeu novos insights, propriedades térmicas e propriedades mecânicas.

A equipe de pesquisa também implementou a nova versão independente do eletrólito de estado sólido em testes funcionais de bateria, relatando que o filme fino FS-LiPON promove uma deposição eletroquímica de metal de lítio uniformemente densa sob pressão externa zero. Este resultado oferece dicas valiosas sobre engenharia de interface em baterias de estado sólido.

As baterias de película fina baseadas em LiPON têm muitas aplicações em vários campos, como wearables e outros dispositivos eletrônicos compactos com um mercado gigantesco. “O filme FS-LiPON produzido neste trabalho permitiu discussões aprofundadas sobre química interfacial, difusão de íons e engenharia de interface, que esclarecem os fundamentos e aplicações dos materiais LiPON, e podem beneficiar o desenvolvimento de baterias de estado sólido de lítio em muitos maneiras”, observou o comunicado à imprensa em sua conclusão.

Este trabalho foi publicado na revista Nature Nanotechnology na quinta-feira.

Resumo do estudo:

O oxinitreto de fósforo e lítio (LiPON) é um eletrólito sólido amorfo que tem sido extensivamente estudado nas últimas três décadas. Apesar da promessa de combiná-lo com vários materiais de eletrodo, a rigidez e a sensibilidade ao ar do LiPON estabelecem limitações para a compreensão de suas propriedades intrínsecas. Aqui relatamos uma metodologia para sintetizar LiPON de forma independente que manifesta notável flexibilidade e um módulo de Young de ∼33 GPa. Usamos ressonância magnética nuclear de estado sólido e calorimetria diferencial de varredura para revelar quantitativamente a química da interface Li / LiPON e a presença de uma temperatura de transição vítrea LiPON bem definida de 207 ° C. Combinando tensão interfacial e uma camada de semeadura de ouro, nosso LiPON independente mostra uma deposição uniformemente densa de metal de lítio sem a ajuda de pressão externa. Este filme LiPON independente oferece oportunidades para estudar propriedades fundamentais do LiPON para engenharia de interface para baterias de estado sólido.