System för ny lösningsbearbetningsteknik för sulfide SE. Kredit: Toyohashi University of Technology
I doktorandprogrammet vid avdelningen för elektrisk och elektronisk informationsteknik vid Toyohashi University of Technology utvecklade doktoranden Hirota Gamo och särskilt utnämnd docent Jin Nishida, specialutnämnd docent Atsushi Nagai, docent Kazuhiro Hikima, professor Atsunori Matsuda och andra Lis storskalig produktionsteknik.7P3S11 fasta elektrolyter för litiumjon-sekundära batterier i full solid state.
Denna metod innebär tillsats av för stora mängder svavel (S) tillsammans med Li2S och P2S5Lis utgångsmaterial7P3S11, ett lösningsmedel som innehåller en blandning av acetonitril (ACN), tetrahydrofuran (THF) och en liten mängd etanol (EtOH). Detta hjälpte till att minska reaktionstiden från 24 timmar eller mer till bara två minuter. Den slutliga produkten som erhålls med denna metod är högren Li7P3S11 1,2 mS cm utan smutsig fas som visar hög jonkonduktivitet-1 Vid 25 ° C. Dessa resultat tillåter oss att producera stora mängder fasta sulfidelektrolyter till låg kostnad för helt stelnade batterier. Resultaten av studien publicerades på Internet Avancerade energi- och hållbarhetsstudier 28 april 2022.
Detaljer
Helt solid state-batterier förväntas bli nästa generations batterier för elfordon (EV) eftersom de är mycket säkra och ger en övergång till hög energitäthet och hög uteffekt. Fasta sulfidelektrolyter, som uppvisar god jonledningsförmåga och plasticitet, har aktivt utvecklats för applikationer i alla solid-state-batterier i elbilar. Storskalig produktionsteknik för fasta sulfidelektrolyter har dock inte etablerats på kommersiell nivå, eftersom fasta sulfidelektrolyter är instabila i atmosfären och processen för deras syntes och bearbetning kräver atmosfärisk kontroll. Därför finns det ett akut behov av att utveckla vätskefasproduktionsteknik för fasta sulfidelektrolyter, som erbjuder låg kostnad och hög skala.
Li7P3S11 Fasta elektrolyter uppvisar hög jonledningsförmåga, och därför är en fast elektrolyt en kandidat för alla solid-state-batterier. Vätskefassyntes av Li7P3S11 sker vanligtvis i acetonitril (ACN) reaktionslösningsmedel genom prekursorer, inklusive olösliga föreningar. Sådana enkla reaktionsprocesser tar lång tid på grund av den kinetiskt ogynnsamma reaktionen från det olösliga utgångsmaterialet till den olösliga mellanprodukten. Ännu värre, den olösliga mellanprodukten skapar ojämlikhet genom bildandet av komplexa faser, vilket leder till en ökning av storskaliga produktionskostnader.
Mot denna bakgrund arbetade forskargruppen med utvecklingen av vätskefasproduktionsteknologi för högjoniska Li.7P3S11 fasta elektrolyter genom enkla prekursorlösningar. Det har visat sig att en nyligen utvecklad metod kan erhålla en enda prekursorlösning innehållande löslig litiumpolysulfid (Li).2Sx) genom att tillsätta Li under endast två minuter2S och P2S5Lis utgångsmaterial7P3S11, och från en överdriven mängd S till ett lösningsmedel innehållande en blandning av ACN, THF och en liten mängd EtOH. Nyckeln till snabb syntes i denna metod är bildandet av litiumpolysulfid genom att tillsätta en liten mängd EtOH eller en överdriven mängd S.
I denna metod användes ultraviolett-synlig (UV-Vis) spektroskopi för att undersöka den kemiska stabiliteten av Li för att klargöra reaktionsmekanismen.2Sx med och utan ytterligare EtOH. Forskning har visat att närvaron av EtOH gjorde Lee2Sx mer kemiskt stabil. Således kommer reaktionen på denna metod att ta följande steg. För det första är litiumjoner starkt bundna till EtOH, ett mycket polärt lösningsmedel. Det stabiliserar sedan det mycket reaktiva S. genom att skydda polysulfidjonerna mot litiumjoner3･– radikalanjoner som innehåller en typ av polysulfid. Skapat S3･– Angriper P2S5, stör gallerstrukturen hos P2S5 och får reaktionen att fortskrida. Reaktionen bildar litiumtiofosfat, som är lösligt i ett mycket lösligt blandat lösningsmedel innehållande ACN- och THF-lösningsmedel. Detta kan hjälpa till att få enstaka prekursorlösningar mycket snabbt. Slutprodukten, Li7P3S11I reaktionsprocessen kan bollen förberedas inom två timmar utan att det krävs fräsning eller högenergibehandling.
Li’s jonkonduktivitet7P3S11 var 1,2 mS cm erhållen med denna metod-1 Vid 25°C är den högre än Li7P3S11 syntetiserades med den vanliga vätskefassyntesmetoden (0,8 mS cm-1) eller kulmalning (1,0 mS cm-1). Metoden erbjuder ett nytt sätt att syntetisera fasta sulfidelektrolyter och uppnår storskalig produktionsteknik till låg kostnad.
Framtidsvision
Forskargruppen tror att lågkostnadsteknologi för storskalig produktion av fasta sulfidelektrolyter för alla solid-state-batterier som föreslås i denna studie kan vara viktig i kommersialiseringen av elbilar utrustade med helt solid-state-batterier. Studien fokuserade på Lee7P3S11-sulfid för användning som en fast elektrolyt. Förutom Li vill vi tillämpa denna teknik i syntesen av fasta sulfidelektrolyter7P3S11.
Avgörande effekt på vätskefassyntesen av fasta litiumelektrolyter
Detaljer:Hirota Gamo et al., Solution Treatment by Dynamic Sulfide Radical Anions for Sulfide Solid Electrolytes, Avancerade energi- och hållbarhetsstudier (2022). DOI: 10.1002 / aesr.202200019
Tillhandahålls av Toyohashi University of Technology
Citat: Utveckling av ny storskalig produktionsteknik för fasta sulfidelektrolyter (2022, 13 maj) 13 maj 2022 https://phys.org/news/2022-05-large-scale-technology-sulfide-solid-electrolytes . .html
Detta dokument är upphovsrättsskyddat. Ingen del får reproduceras utan skriftligt tillstånd, förutom för personlig forskning eller någon rättvis transaktion för forskningsändamål. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.
