Материалы твердых электролитов на основе оксидов имеют ряд преимуществ по сравнению с материалами на основе сульфидов, например, их химическая стабильность и простота обращения. И наоборот, образование границы раздела твердое тело-твердое тело с низким сопротивлением между твердым электролитом и электродом является еще одной сложной проблемой для достижения лучших электрохимических характеристик в твердотельных батареях с SE на основе оксида.
В этом исследовании Риодзи Инада и его коллеги из Департамента инженерии электротехнической и электронной информации Технологического университета Тоёхаси разработали оксид с быстрой ионной проводимостью типа граната в качестве твердого электролита для полностью твердотельной батареи.
Из разработанного материала изготовлен и испытан полностью твердотельный аккумулятор.
Группа исследователей систематически исследовала влияние замещения чужеродных катионов (Ba2 + и Ta5 +) в Li7La3Zr2O12 на кристаллическую фазу, микроструктуру и свойства ионной проводимости. Для стабилизации высокопроводящей кубической фазы граната концентрация Li в химических формулах была зафиксирована на уровне 6.5, так что формула соединения может быть выражена как Li6.5La3-xBaxZr1.5-xTa0.5 + xO12 (LLBZTO).
В результате максимальная проводимость при комнатной температуре 0.83 мСм / см получено в гранате LLBZTO с содержанием Ba и Ta 0.1 и 1.6 соответственно. Энергия активации граната LLBZT имеет тенденцию монотонно уменьшаться с увеличением уровня замещения Ba; однако избыточное замещение Ba и Ta ухудшило проводимость.
Кроме того, они подтвердили, что гранат LLBZTO имеет широкое окно электрохимического потенциала, следовательно, различные материалы положительного и отрицательного электрода потенциально могут быть использованы для создания полностью твердотельной батареи.
Мы изготовили пленочный электрод из TiNb2O7 (TNO) на LLBZTO методом аэрозольного осаждения и продемонстрировали реакцию его заряда и разряда на образце полностью твердотельного аккумулятора TNO / LLBZTO / Li.
Эти результаты показывают, что разработанный гранат LLBZTO может использоваться в качестве твердого электролита в полностью твердотельной батарее и способствовать созданию очень безопасной перезаряжаемой батареи для крупномасштабных источников питания, даже несмотря на то, что необходимы дополнительные исследования для того, чтобы повысить производительность твердотельных батарей.
Исследователи провели дальнейшие исследования по созданию твердотельных батарей с высокой плотностью энергии.