Интерфейс батарей «электрод-электролит» и низкое сопротивление

Интерфейс батарей «электрод-электролит» и низкое сопротивление

Учеными Токийского технологического института изучены механизмы сопротивления на границе «электрод-электролит» конструкций твердотельных батарей. Полученные результаты исследований обещают способствовать созданию значительно улучшенной структуры литий-ионных аккумуляторов, обладающих высокой скоростью заряда/ разряда.

Концепция совершенства литий-ионных аккумуляторов

Проектирование улучшенных конструкций литий-ионных аккумуляторов имеет решающее значение в плане расширения границ современных электронных устройств, включая электромобили. Тем более, если брать в расчёт повсеместное использование этого вида батарей питания.

Специалисты Токийского технологического института ранее сообщали о новом типе полностью твердотельной батареи, основанной на ионах лития. Та конструкция отличалась преодолением одной из главных проблем подобного типа аккумуляторов — высокого сопротивления на границе раздела «электрод-электролит». Наличие высокого сопротивления ограничивает возможности наращивания скорости заряда/разряда.

Устройства питания, изготовленные японскими специалистами, виделись очень перспективными и в некоторых отношениях существенно преобладали над обычными литий-ионными конструкциями. Но механизм снижения сопротивления интерфейса для таких относительно новых аккумуляторов оставался невыясненным неясным. Сложности заключались в анализе скрытых интерфейсов всех видов твердотельных АКБ, без явного повреждения рабочих слоёв структуры.

Поэтому команда японских исследователей провела повторные, более тщательные исследования твердотельных конструкций, чтобы полностью раскрыть существующую неопределённость. В процессе исследования предполагалось, что кристалличность (указывающая качество упорядоченной и периодической твёрдости) на поверхности «электрод-электролит» играет ключевую роль для определения сопротивления интерфейса.

Чтобы доказать эту концепцию, японцы изготовили две полностью отличающиеся одна от другой твердотельные батареи. Внутренняя структура приборов составлялась слоями электрода и электролита при помощи метода импульсного лазерного осаждения. Одна из созданных батарей получила высокую кристалличность на границе «электрод-электролит», другую, напротив – оставили без высокой кристалличности.

Подтверждение свойств связки «электрод-электролит» получали путём использования нового метода, именуемого рентгеноструктурный анализ рассеяния стержневых кристаллов. Обусловлено применение этой методики тем, что рентгеновское излучение способно достигать скрытых интерфейсов, не  разрушая структурную составляющую последних.

Очевидный вывод по результатам испытаний

Основываясь на полученных результатах, команда японских специалистов пришла к очевидному выводу. Высоко-кристаллический интерфейс «электрод-электролит» способствует образованию низкого сопротивления интерфейса, что позволяет изготовить высокоэффективную батарею питания.

Анализируя микроскопическую структуру интерфейсов созданных аккумуляторов, японцы предложили правдоподобное объяснение повышения сопротивления батарей, обладающих слабым кристаллическим интерфейсом. Ионы лития застревают на слабо кристаллических поверхностях и препятствуют проводимости ионов.

Таким образом, контролируемое изготовление интерфейса «электролит-электрод» имеет решающее значение для получения низкого сопротивления на интерфейсе. Эта разработка теорий и симуляции на основе электрохимии будет иметь решающее значение для дальнейшего понимания миграции ионов лития и конструирования эффективных батарей для всех видов устройств.


На основе информации: TITECH