Ett team av forskare, ledda av Prof. Ma Cheng från University of Science and Technology i Kina (USTC), har utvecklat en lovande ny typ av solid-state elektrolyt, vilket markerar betydande framsteg inom litiumbatteriteknologin.
All-solid-state litiumbatterier (ASSLB) är utsedda som framtiden för elfordon, med potential att revolutionera bilindustrin. Dessa batterier har flera fördelar jämfört med nuvarande kommersiella litiumjonbatterier. Nyckeln bland dessa är den avsevärt förbättrade säkerheten för dessa batterier, som tar itu med den viktiga frågan om säkerhetsproblem som de befintliga litiumjonbatterierna utgör. Dessutom har ASSLB en mycket högre potential för att förbättra energitätheten.
Konstruktionen av funktionella ASSLB:er beror till stor del på användningen av lämpliga elektrolyter i fast tillstånd. Detta utgör en utmaning eftersom de högpresterande fasta elektrolyterna som finns för närvarande i allmänhet är för dyra för kommersiell användning.
För att lösa detta problem utvecklade forskargruppen framgångsrikt en ny typ av elektrolyt i fast tillstånd som kallas litiumzirkoniumoxiklorid (LZCO). En av de väsentliga fördelarna med denna nya elektrolyt är dess låga kostnad, som härrör från det faktum att den kan syntetiseras från billiga, allmänt tillgängliga föreningar såsom litiumhydroxidmonohydrat, litiumklorid och zirkoniumklorid. Som ett resultat kan kostnaden för LZCO-produktion vara så låg som 11.60 USD per kilogram, en bråkdel av de dyra högpresterande sulfid- och kloridelektrolyterna i fast tillstånd, som vanligtvis kostar över 190 USD per kilogram.
Litiumzirkoniumoxiklorid erbjuder också konkurrenskraftiga prestandanivåer. Till exempel uppvisar elektrolyten jonkonduktivitet i rumstemperatur på upp till 2.42 mS cm-1, en av de högsta konduktiviteterna som rapporterats bland alla typer av elektrolyter i fast tillstånd hittills. Dessutom visar LZCO imponerande kompressibilitet och uppnår nästan 94.2 % densitet under 300 MPa, vilket överträffar kompressionsförmågan hos sulfid- och kloridelektrolyter i fast tillstånd, som vanligtvis faller under 90 % vid samma trycknivå.
Tester visade att LZCO:s prestanda totalt sett var i nivå med några av de mest avancerade sulfid- och kloridelektrolyterna i fast tillstånd som finns tillgängliga. Noterbart uppvisade den nickelrika skiktade katodförstärkta ASSLB skapad med LZCO exceptionell stabilitet och kunde genomföra över 2,000 12 cykler vid rumstemperatur när den testades under XNUMX-minuters snabbladdningsförhållanden.
Skapandet av detta nya material är ett betydande framsteg i utvecklingen av kostnadseffektiva, effektiva elektrolyter i fast tillstånd. Detta genombrott för möjligheten att kommersialisera helsolid-state litiumbatterier betydligt närmare, vilket lovar en dynamisk omvandling av elfordonsindustrin inom en snar framtid.