固体

全固体リチウム硫黄電池は、従来のリチウムイオン電池と比較して、はるかに高いエネルギー密度と安全性の向上の可能性をもたらします。

しかし、全固体電池の性能は現時点では不足しており、充放電の遅さが主な原因の 1 つとなっています。 今回、ヘルムホルツ・ツェントラム・ベルリン（HZB）の新たな研究は、複合正極内のリチウムイオン輸送の鈍さが、充放電の遅さの原因であることを示したと研究者らはプレスリリースで述べている。

科学者らは、固体リチウム硫黄電池のアノードとカソードの間のリチウムイオンの輸送を観察するために、特別なセルを設計しました。 リチウムは X 線法ではほとんど検出できないため、HZB の物理学者ロバート・ブラッドベリー博士とインゴ・マンケ博士は、リチウムに非常に敏感な中性子を使ってサンプルセルを検査しました。

「何が電池の性能を制限しているのかについて、よりよく理解できるようになりました」とブラッドベリー氏は述べています。「オペランド中性子ラジオグラフィーのデータから、複合正極を通って伝播するリチウムイオンの反応フロントがあることがわかり、有効イオン濃度が低いことによるマイナスの影響が確認されました」導電性。」 さらに、3D 中性子断層撮影画像では、再充電中に捕捉されたリチウムが集電体近くに集中していることがわかります。 「バッテリーの充電時にリチウムの一部しか戻されないため、容量が減少します」とブラッドベリー氏は続ける。

観察されたリチウム分布は、多孔質電極の理論に基づくモデルに見事に適合しました。「中性子イメージング データで観察されたことは、モデルから得られる関連する電子およびイオン伝導率の条件とよく相関しています」とブラッドベリー氏は述べています。

これらの結果は、これまで見落とされていた全固体電池の開発ボトルネックを明らかにし、イオン輸送が遅いために正極複合材料に制限が存在することを示しています。 現在の課題は、カソード複合材料内でのより高速なイオン供給を可能にすることです。 「全固体電池開発にとって重要であるにもかかわらず、正極複合材内部の反応フロントを直接視覚化していなければ、この効果は気づかれなかったかもしれません」とブラッドベリー氏は言う。

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