As baterias de estado sólido introduzem um grande avanço e dão um sólido passo para a comercialização

Uma equipa de investigação do Instituto de Tecnologia de Tóquio, AIST e da Universidade de Yamagata inventou recentemente uma estratégia para restaurar a baixa resistência,Assim, dando um passo sólido no caminho para a comercialização de baterias de estado sólidoTambém exploraram o mecanismo de redução subjacente, abrindo caminho para uma compreensão fundamental de como funcionam as baterias de lítio em estado sólido.

As baterias de lítio em estado sólido tornaram-se uma nova moda na ciência e engenharia de materiais porque as baterias tradicionais de íons de lítio não podem mais atender aos padrões das tecnologias avançadas,como veículos elétricos que necessitam de uma elevada densidade energéticaAs baterias de estado sólido, que usam um eletrólito sólido em vez do eletrólito líquido encontrado nas baterias convencionais, não só cumprem estes padrões, como tambémMas também são relativamente mais seguros e mais convenientes porque têm o potencial de serem carregados em um curto período de tempo.

No entanto, os eletrólitos sólidos também têm os seus próprios desafios. Um dos desafios importantes é que a interface entre o cátodo e o eletrólito sólido apresenta uma grande resistência,cuja origem não é bem compreendidaAlém disso, quando a superfície do eléctrodo é exposta ao ar, a resistência aumenta, degradando a capacidade e o desempenho da bateria.Apesar de algumas tentativas terem sido feitas para reduzir a resistência, ninguém foi capaz de reduzir para 10Ω cm2 (ohm-centimetro-quadrado), o valor de resistência de interface relatado quando não exposto ao ar.

Num estudo recente publicado na revista ACS Applied Materials & Interfaces, uma equipa de investigação liderada pelo professor Taro Hitosugi do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) no Japão e Shigeru Kobayashi,um estudante de doutorado no Instituto de Tecnologia de Tóquio, pode ter finalmente resolvido o problema.

Ao estabelecer uma estratégia para restaurar a baixa resistência da interface e desvendar o mecanismo desta redução,A equipa forneceu informações valiosas sobre a fabricação de baterias de estado sólido de alto desempenhoA investigação é o resultado de um estudo conjunto do Instituto de Tecnologia de Tóquio, do Instituto Nacional de Tecnologia Industrial Avançada (AIST) do Japão e da Universidade de Yamagata.

Primeiro, a equipa preparou uma bateria de película fina, constituída por um ânodo de lítio, um cátodo de óxido de cobalto de lítio e um eletrólito sólido 3PO4.A equipa expôs a superfície do óxido de cobalto de lítio ao ar, nitrogénio (N2), oxigénio (O2), dióxido de carbono (CO2), hidrogénio (H2) e vapor de água (H2O) durante 30 minutos.

Para sua surpresa, descobriram que a exposição ao N2, O2, CO2 e H2 não diminuiu o desempenho das células em comparação com as células não expostas."Só o vapor de H2O degrada fortemente a interface Li3PO4-LiCoO2 e aumenta dramaticamente o seu valor de resistência, que é mais de 10 vezes maior do que a da interface não exposta", disse o Prof. Hitosugi.

Em seguida, a equipe realizou um processo chamado "anilhamento", no qual a amostra foi submetida a um tratamento térmico de bateria a 150 ° C por uma hora, onde o eletrodo negativo foi depositado.Surpreendentemente., a resistência foi reduzida para 10,3Ω cm2, o que é comparável à resistência de uma célula não exposta.A equipe então descobriu que esta redução poderia ser atribuída à remoção espontânea de prótons da estrutura de dióxido de lítio durante o "anilhamento". "

O professor Hitosugi conclui: "Nosso estudo mostra que os prótons na estrutura do cobalto de lítio desempenham um papel importante no processo de recuperação.Esperamos que a elucidação destes processos microscópicos interfaciais ajude a alargar o potencial de aplicação das baterias de estado sólido".