Lithium-freie Interkalationskathoden pro jeder Festkörperbatterien

Die Fortentwicklung von Lithium-freien Übergangsmetallkathoden vom Interkalationstyp und gepaarten Lithium-Metallanoden-Festkörperbatterien scheint eine praktikable Ausweichlösung zur Überwindung jener Energiedichtebeschränkungen zu sein, mit denen die aktuelle wiederaufladbare Lithium-Ionen-Technologie konfrontiert ist.

Darüber hinaus ist es bemerkenswert, dass jener geschwindigkeitsbestimmende Prozess, jener die Literleistung von Festkörperbatterien eingeengt, nicht mehr in jener Elektrolytkomponente liegt, sondern im maximalen Widerstand, jener an den herkömmlichen Lithium-haltigen Sauerstoff-Verbindung-Kathoden-/Elektrolyt-Grenzflächen beobachtet wird.

Somit können die Lithium-freien Kathoden nicht nur mit Lithium-Metallanoden kombiniert werden, um eine höhere spezifische Kraft pro Festkörperbatterien zu glücken, sondern ihre Wiederbelebung bietet genauso eine Problemlösung pro die Beseitigung großer Grenzflächenwiderstände, die durch chemische Inkompatibilitäten zwischen den herkömmlichen Oxidkathoden verursacht werden und die am häufigsten untersuchten Sulfidelektrolyte.

Noch wichtiger ist, dass die Exploration solcher Materialien Zwiespalt in Form von jener Rohstoffverfügbarkeit, die durch den Hochlauf jener Lithium-Ionen-Batterieproduktion entstehen, gut leerräumen kann. Insbesondere kommerzielle Kathoden, die pro weitläufig angelegte Energiespeicheranwendungen (z. B. Elektrofahrzeuge) probat sind und eine hohe Energiedichte und Nutzungsdauer bieten, sind jeder solange bis zu einem gewissen Stufe hinaus Cobalt oder Ni angewiesen.

Dies ist aufgrund jener hohen Wert, Knappheiten und zentralisierten/volatilen Lieferketten besorgniserregend. Von dort ist die Fortentwicklung und Vermarktung von Lithium-freien Kathoden ohne Cobalt und Ni sowohl pro die Festkörperbatterie- qua genauso die traditionelle Lithium-Ionen-Batterieindustrie von entscheidender Rang.

Kürzlich identifizierte Prof. Siqi Shi von jener Universität Shanghai verdongeln entscheidenden Spannungsabstimmungs-/Phasenstabilitätswettbewerb, jener für den Kathodensystemen jemals verschwitzen wurde. Anschließend schlugen sie eine p-Typ-Legierungsstrategie mit drei Spannungs-/Phasenentwicklungsstufen vor, deren unterschiedliche Trends jeweils durch zwei verbesserte Ligandenfelddeskriptoren quantifiziert wurden, um den oben genannten Widerspruch auszugleichen.

Hinauf dieser Grundlage wurde eine neue Lithium-freie Interkalationskathode 2H-V1,75Cr0,25S4 entwickelt, die eine Rekordenergiedichte von >550 Wh kg-1 hinaus Elektrodenebene aufwies, viel höher qua die des bestehenden Lithium-freien Übergangsmetalls -basierte Elektroden (z. B. ~500 Wh kg-1 pro TiS2) und vergleichbar mit den herkömmlichen Lithium-haltigen Oxidkathoden.

Synchron glättete dies Entwurf solcher Kathoden die Lithium+-Verteilung an jener Grenzfläche zu Sulfidelektrolyten und löste so die Herausforderungen jener Grenzflächenkompatibilität herkömmlicher Oxidkathoden in Festkörperbatterien.

Solche Arbeit eröffnet Möglichkeiten zur kundenspezifischen Einstellung von Sulfidkathoden pro Festkörper-Lithium-Metall-Batterien durch elektronische Bandstrukturtechnik, die die akademischen und industriellen Ansichten zusätzlich dies Elektrodendesign und die Grenzflächensteuerung radikal verändert und pro Festkörperbatterien von entscheidender Rang ist Wissenschaft und Kathodenchemie befassen sich spornstreichs mit jener Unterversorgung jener Cobalt/Ni-Ressourcen.

Forschungsbericht: Eine Lithium-freie negative Elektrode vom Interkalationstyp mit einer Energiedichte von mehr qua 550 Wh kg-1

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Fakultät pro Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Universität Shanghai

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