stringtranslate.com

Твердотельный аккумулятор

В твердотельной батарее используются твердые электроды и твердый электролит вместо жидких или полимерных гелевых электролитов, которые имеются в литий-ионных или литий-полимерных батареях. [1] [2]

Хотя твердые электролиты были впервые обнаружены в 19 веке, ряд проблем помешал их широкому применению. События конца 20-го и начала 21-го века вызвали новый интерес к этой технологии, особенно в контексте электромобилей .

Твердотельные батареи могут использовать металлический литий в качестве анода и оксиды или сульфиды в качестве катода , что увеличивает плотность энергии. Твердый электролит действует как идеальный сепаратор, пропускающий только ионы лития. По этой причине твердотельные батареи потенциально могут решить многие проблемы литий-ионных батарей с жидким электролитом (т.е. основного типа) , такие как воспламеняемость, ограниченное напряжение, нестабильное образование межфазной фазы твердого электролита, плохие циклические характеристики и прочность. [5]

Материалы, предлагаемые для использования в качестве электролитов, включают керамику (например, оксиды, сульфиды, фосфаты) и твердые полимеры. Твердотельные батареи используются в кардиостимуляторах , а также в RFID и носимых устройствах. Твердотельные батареи потенциально безопаснее, поскольку имеют более высокую плотность энергии. Проблемы широкого внедрения включают плотность энергии и мощности , долговечность , стоимость материалов , чувствительность и стабильность. [6]

История

Источник

Между 1831 и 1834 годами Майкл Фарадей открыл твердые электролиты сульфид серебра и фторид свинца (II) , которые заложили основу твердотельной ионики . [7] [8]

1900-е годы-

К концу 1950-х годов в нескольких электрохимических системах, проводящих серебро, использовались твердые электролиты ценой низкой плотности энергии и напряжения ячейки, а также высокого внутреннего сопротивления . [9] [10] В 1967 году открытие быстрой ионной проводимости β - оксида алюминия для широкого класса ионов (Li+, Na+, K+, Ag+ и Rb+) положило начало разработке твердотельных электрохимических устройств с повышенной энергией. плотность. [11] [10] [12] Сразу же в Ford Motor Company в США [13] и NGK в Японии были разработаны расплавленные элементы натрия/β-глинозема/серы. [10] Это волнение проявилось в открытии новых систем как в органических веществах, т.е. поли(этилен)оксиде ( ПЭО ), так и в неорганических соединениях, таких как NASICON. [10] Однако многие из этих систем требовали работы при повышенных температурах и/или были дорогими в производстве, что ограничивало коммерческое внедрение. [10] В 1990-х годах появился новый класс твердотельных электролитов — оксинитрид лития-фосфора (LiPON), разработанный Окриджской национальной лабораторией . LiPON успешно использовался для изготовления тонкопленочных литий-ионных батарей [14] , хотя применение было ограничено из-за стоимости, связанной с нанесением тонкопленочного электролита, а также небольшой емкости, к которой можно было получить доступ при использовании тонкопленочного формата. . [15] [16]

2010-

В 2011 году Камайя и др. продемонстрировал первый твердый электролит Li 10 GeP 2 S 12 (LGPS), способный достигать объемной ионной проводимости, превышающей аналоги жидких электролитов при комнатной температуре. [17] Благодаря этому объемные твердоионные проводники наконец смогут технологически конкурировать с литий-ионными аналогами.

Исследователи и компании транспортной отрасли возродили интерес к технологиям твердотельных аккумуляторов. В 2011 году Bolloré запустила парк автомобилей модели BlueCar. Демонстрация была призвана продемонстрировать элементы компании и включала в себя литий-металлическую полимерную батарею (LMP) мощностью 30 кВтч с полимерным электролитом, созданным путем растворения соли лития в сополимере полиоксиэтилена .

В 2012 году Toyota начала проводить исследования в области автомобильной промышленности. [18] В то же время Volkswagen начал сотрудничать с небольшими технологическими компаниями, специализирующимися на этой технологии.

В 2013 году исследователи из Университета Колорадо в Боулдере объявили о разработке твердотельной литиевой батареи с твердым железо - серным композитным катодом , который обещал более высокую энергию. [19]

В 2017 году Джон Гуденаф , соавтор литий-ионных батарей, представил твердотельную стеклянную батарею , в которой используется стеклянный электролит и анод из щелочного металла , состоящий из лития , натрия или калия . [20] Позже в том же году Toyota расширила свое многолетнее партнерство с Panasonic , включив в него сотрудничество в области твердотельных батарей. [21] По состоянию на 2019 год Toyota владела наибольшим количеством патентов, связанных с SSB. [22] За ними следовали BMW , [23] Honda , [24] Hyundai Motor Company , [25] и Nissan . [26]

В 2018 году компания Solid Power, выделенная из Университета Колорадо в Боулдере, [27] получила финансирование в размере 20 миллионов долларов от Samsung и Hyundai для создания производственной линии, которая могла бы производить копии прототипа полностью твердотельной перезаряжаемой литий-металлической батареи. , [28] с прогнозируемой мощностью 10 мегаватт-часов в год. [29]

Цин Тао запустил первую китайскую линию по производству твердотельных батарей в 2018 году с намерением поставлять SSB для «специального оборудования и высококачественной цифровой продукции». [30]

QuantumScape — стартап по производству твердотельных аккумуляторов, созданный на базе Стэнфордского университета . Он стал публичным на Нью-Йоркской фондовой бирже 29 ноября 2020 года в рамках слияния SPAC с Kensington Capital. [31] [32] QuantumScape объявила о массовом производстве во второй половине 2024 года. [32]

В июле 2021 года Murata Manufacturing объявила, что начнет массовое производство, ориентированное на производителей наушников и других носимых устройств. [33] Емкость аккумулятора составляет до 25 мАч при напряжении 3,8 В, [34] что делает его пригодным для небольших мобильных устройств, таких как наушники, но не для электромобилей. Литий-ионные элементы, используемые в электромобилях, обычно имеют емкость от 2000 до 5000 мАч при аналогичном напряжении: [35] электромобилю потребуется как минимум в 100 раз больше элементов Murata, чтобы обеспечить эквивалентную мощность.

Ford Motor Company и BMW профинансировали стартап Solid Power, выделив 130 миллионов долларов, а по состоянию на 2022 год компания привлекла 540 миллионов долларов. [36]

В сентябре 2021 года Toyota объявила о своем плане использовать твердотельную батарею, начиная с гибридных моделей в 2025 году. [37]

В феврале 2021 года Hitachi Zosen анонсировала демонстрационные эксперименты на Международной космической станции . Запущенный 19 февраля 2022 года корабль Cygnus № 17 подтвердил, что на МКС будут испытаны полностью твердотельные батареи. [38]

В январе 2022 года ProLogium подписала соглашение о техническом сотрудничестве с Mercedes-Benz . Инвестиции будут использованы для разработки твердотельных аккумуляторов и подготовки производства. [39]

В начале 2022 года Swiss Clean Battery (SCB) объявила о планах открыть к 2024 году во Фрауэнфельде первый в мире завод по производству экологически чистых твердотельных батарей с первоначальной годовой производительностью 1,2 ГВтч. [40]

В июле 2022 года компания Sult объявила о производстве электрической батареи емкостью 20 Ач с плотностью энергии 350-400 Втч/кг. [41]

В июне 2023 года корпорация Maxell начала массовое производство твердотельных аккумуляторов большой ёмкости. Эта батарея имеет длительный срок службы и термостойкость. Производство цилиндрических твердотельных аккумуляторов емкостью 200 ммч должно было начаться в январе 2024 года. Размер: диаметр 23 мм/высота 27 мм. [42]

В сентябре 2023 года Panasonic представила твердотельный аккумулятор для дронов . Его можно заряжать с 10% до 80% за 3 минуты, а срок службы составляет от 10 000 до 100 000 циклов (при 25 °C). Ожидалось, что батарея появится в продаже в конце 2020-х годов. [43]

В октябре 2023 года Toyota объявила о партнерстве с Idemitsu Kosan по производству твердотельных аккумуляторов для своих электромобилей, начиная с 2028 года. [44]

В ноябре 2023 года Guangzhou Automobile Group объявила, что в 2026 году перейдет на твердотельные батареи. Компания также сообщила, что ее батарея достигла 400 Втч/кг. Массовое производство планировалось начать в 2025 году. [45]

В январе 2024 года Volkswagen объявил, что результаты испытаний прототипа твердотельного аккумулятора сохранили 95% своей емкости после пробега 500 000 км. Он также прошел другие тесты производительности. [46]

Материалы

Кандидатные материалы для твердотельных электролитов (SSE) включают керамику, такую ​​как ортосиликат лития , [47] стекло , [20] сульфиды [48] и RbAg 4 I 5 . [49] [50] Основные оксидные твердые электролиты включают Li 1,5 Al 0,5 Ge 1,5 (PO 4 ) 3 (LAGP), Li 1,4 Al 0,4 Ti 1,6 (PO 4 ) 3 (LATP), перовскитного типа Li 3x La 2/3. -x TiO 3 (LLTO), и гранат типа Li 6,4 La 3 Zr 1,4 Ta 0,6 O 12 (LLZO) с металлическим Li. [51] Термическая стабильность четырех SSE в зависимости от Li была в порядке LAGP < LATP < LLTO < LLZO. В качестве еще одного перспективного твердого электролита были предложены хлоридные суперионные проводники. Они обладают ионной проводимостью, а также деформируемыми сульфидами, но в то же время не страдают от плохой устойчивости сульфидов к окислению. В остальном их стоимость считается ниже, чем у оксидных и сульфидных СЭЭ. [52] Существующие хлоридные системы твердых электролитов можно разделить на два типа: Li 3 MCl 6 [53] [54] и Li 2 M 2/3 Cl 4 . [55] К элементам M относятся Y, Tb-Lu, Sc и In. Катоды изготовлены на основе лития. Варианты включают LiCoO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 и LiNi 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2 . Аноды различаются больше и зависят от типа электролита. Примеры включают In, Si , Ge x Si 1- x , SnO–B 2 O 3 , SnS –P 2 S 5 , Li 2 FeS 2 , FeS, NiP 2 и Li 2 SiS 3 . [56]

Одним из многообещающих катодных материалов является Li–S , который (в составе твердого литиевого анода/ячейки Li 2 S) имеет теоретическую удельную емкость 1670 мАч/г , что «в десять раз превышает эффективное значение LiCoO 2 ». Сера является непригодным катодом для применений с жидкими электролитами, поскольку она растворима в большинстве жидких электролитов, что резко сокращает срок службы батареи. Сера изучается в твердотельных приложениях. [56] Недавно была разработана керамическая ткань, которая показала себя многообещающе в твердотельных Li-S батареях. Этот текстиль способствовал передаче ионов, а также выдерживал нагрузку серы, хотя и не достиг проектной плотности энергии. Результат «с электролитной подложкой толщиной 500 мкм и использованием площади электролита 63%» составил «71 Втч/кг». тогда как прогнозируемая плотность энергии составляла 500 Втч/кг. [57]

Li-O 2 также обладают высокой теоретической емкостью. Основная проблема этих устройств заключается в том, что анод должен быть изолирован от окружающей атмосферы, а катод должен контактировать с ней. [56]

Батарея Li/ LiFePO 4 перспективна в качестве полупроводникового приложения для электромобилей. Исследование 2010 года представило этот материал как безопасную альтернативу перезаряжаемым батареям для электромобилей, которая «превосходит цели USABC-DOE». [58]

Ячейка с анодом из чистого кремния μSi||SSE||NCM811 была собрана Дарреном Х.С. Таном и др. с использованием анода μSi (чистота 99,9 мас. %), твердотельного электролита (SSE) и оксидно-литий-никель-кобальт-марганцевого катода (NCM811). Этот тип твердотельного аккумулятора продемонстрировал высокую плотность тока до 5 мА см -2 , широкий диапазон рабочих температур (-20 °С и 80 °С), а также емкость (по аноду) до 11 мАч. см -2 (2890 мАч/г). В то же время, после 500 циклов тока при токе 5 мА см -2 , батареи по-прежнему обеспечивают сохранение 80% емкости, что является лучшим показателем для всех твердотельных батарей μSi, о которых сообщалось до сих пор. [59]

Хлоридные твердые электролиты также более перспективны по сравнению с обычными оксидными твердыми электролитами, поскольку хлоридные твердые электролиты теоретически имеют более высокую ионную проводимость и лучшую формуемость. [60] Кроме того, исключительно высокая стойкость к окислению и высокая пластичность хлоридного твердого электролита повышают его эффективность. В частности, семейство твердых электролитов из смешанных металлов и хлоридов лития Li 2 In x Sc 0,666-x Cl 4 , разработанное Чжоу и др., демонстрирует высокую ионную проводимость (2,0 мСм см -1 ) в широком диапазоне составов. Это связано с тем, что хлоридный твердый электролит можно использовать в сочетании с активными материалами с голым катодом в отличие от активных материалов с покрытым катодом, а также с его низкой электронной проводимостью. [61] Альтернативные более дешевые композиции хлоридных твердых электролитов с более низкой, но все же впечатляющей ионной проводимостью можно найти с твердым электролитом Li 2 ZrCl 6 . Этот конкретный хлоридный твердый электролит сохраняет высокую ионную проводимость при комнатной температуре (0,81 мСм см -1 ), деформируемость и устойчивость к высокой влажности. [62]

Использование

Твердотельные батареи потенциально полезны в кардиостимуляторах , RFID , носимых устройствах и электромобилях . [63] [64]

Электрические транспортные средства

В гибридных и подключаемых электромобилях используются различные технологии аккумуляторов, в том числе литий-ионные, никель-металлогидридные (NiMH) , свинцово-кислотные и электрические двухслойные конденсаторы (или ультраконденсаторы), [65] с преобладанием литий-ионных аккумуляторов. магазин. [66]

В 2022 году компания Honda заявила, что планирует запустить демонстрационную линию по производству твердотельных аккумуляторов в начале 2024 года, [67] а компания Nissan объявила, что к 2028 финансовому году она намерена выпустить электромобиль с полностью твердотельными батареями. -государственные батареи, которые должны быть разработаны собственными силами. [68]

В июне 2023 года Toyota обновила свою стратегию в отношении аккумуляторных электромобилей, объявив, что не будет использовать коммерческие твердотельные аккумуляторы как минимум до 2027 года. [69] [70]

Носимые устройства

Характеристики высокой плотности энергии и сохранения высокой производительности даже в суровых условиях ожидаются при создании новых носимых устройств, которые меньше и надежнее, чем когда-либо. [63] [71]

Оборудование в космосе

В марте 2021 года промышленный производитель Hitachi Zosen Corporation анонсировал твердотельную батарею, которая, по их утверждениям, имеет одну из самых высоких мощностей в отрасли и имеет более широкий диапазон рабочих температур, потенциально пригодную для суровых условий, таких как космос. [72] [73] Испытательная миссия была запущена в феврале 2022 года, а в августе Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) объявило [74] что твердотельные батареи правильно работали в космосе и питали фотооборудование японского экспериментального модуля Кибо . на Международной космической станции (МКС).

Дроны

Поскольку дроны легче и мощнее традиционных литий-ионных батарей, вполне разумно, что дроны выиграют от твердотельных батарей. Vayu Aerospace, производитель и разработчик дронов, отметил увеличение времени полета после того, как они включили их в свой дальнемагистральный дрон G1. [75] Еще одним преимуществом дронов является то, что все твердотельные аккумуляторы можно быстро заряжать. В сентябре 2023 года Panasonic анонсировала прототип полностью твердотельного аккумулятора, который может заряжаться от 10% до 80% за 3 минуты. [43]

Промышленное оборудование

Полностью твердотельные аккумуляторы имеют длительный срок службы и отличную термостойкость. Поэтому ожидается, что его будут использовать в суровых условиях. Производство твердотельных аккумуляторов Maxell для использования в промышленном оборудовании уже началось.

Портативные солнечные генераторы

В 2023 году Yoshino станет первым производителем твердотельных портативных солнечных генераторов с плотностью энергии в 2,5 раза выше, двойной номинальной мощностью и импульсной выходной мощностью переменного тока по сравнению с нетвердотельными литиевыми генераторами (NMC, LFP). [76] [77] [78]

Проблемы

Расходы

Производство тонкопленочных твердотельных батарей обходится дорого [79] и использует производственные процессы, которые, как считается, трудно масштабировать и требует дорогостоящего оборудования для вакуумного осаждения . [14] В результате затраты на тонкопленочные твердотельные батареи становятся непомерно высокими в потребительских приложениях. В 2012 году было подсчитано, что с учетом современной на тот момент технологии твердотельный аккумулятор емкостью 20 Ач будет стоить 100 000 долларов США , а для электромобиля с большим запасом хода потребуется от 800 до 1000 таких элементов. [14] Аналогичным образом, стоимость препятствовала внедрению тонкопленочных твердотельных батарей в других областях, таких как смартфоны . [63]

Чувствительность к температуре и давлению

Работа при низких температурах может оказаться сложной задачей. [79] Твердотельные батареи исторически имели низкую производительность. [19]

Твердотельные батареи с керамическими электролитами требуют высокого давления для поддержания контакта с электродами. [80] Твердотельные аккумуляторы с керамическими сепараторами могут сломаться от механического воздействия. [14]

В ноябре 2022 года японская исследовательская группа, состоящая из Киотского университета , Университета Тоттори и Sumitomo Chemical , объявила, что им удалось стабильно эксплуатировать твердотельные батареи без приложения давления емкостью 230 Втч/кг за счет использования новых сополимеризованных материалов в качестве электролита. [81]

В июне 2023 года японская исследовательская группа Высшей инженерной школы столичного университета Осаки объявила, что им удалось стабилизировать высокотемпературную фазу Li 3 PS 4 (α- Li 3 PS 4 ) при комнатной температуре. Кристаллизация стекла Li 3 PS 4 проводилась путем быстрого нагрева . [82]

Межфазное сопротивление

Высокое межфазное сопротивление между катодом и твердым электролитом было давней проблемой для полностью твердотельных батарей. [83]

Межфазная нестабильность

Межфазная нестабильность электрод-электролит всегда была серьезной проблемой твердотельных аккумуляторов. [84] После контакта твердотельного электролита с электродом химические и/или электрохимические побочные реакции на границе раздела обычно создают пассивированный интерфейс, который препятствует диффузии Li + через интерфейс электрод-SSE. При циклическом воздействии высокого напряжения некоторые SSE могут подвергаться окислительной деградации.

Дендриты

Дендрит металлического лития от анода проходит через сепаратор и растет к катоду.

Твердые литий -металлические аноды в твердотельных батареях являются кандидатами на замену литий-ионных батарей, обеспечивая более высокую плотность энергии , безопасность и более быстрое время перезарядки. Такие аноды имеют тенденцию страдать от образования и роста дендритов лития , неоднородные наросты металла, проникающие в электролит, приводят к электрическим коротким замыканиям . Это замыкание приводит к разряду энергии, перегреву , а иногда и к возгоранию или взрыву из-за температурного разгона . [85] Дендриты лития снижают кулоновскую эффективность . [86]

Точные механизмы роста дендритов остаются предметом исследований. Исследования роста дендритов металлов в твердых электролитах начались с исследования расплавленных натрий/натрий-β-глинозем/сера ячеек при повышенной температуре. В этих системах дендриты иногда растут в результате расширения микротрещин из-за наличия индуцированного гальванизацией давления на границе раздела натрий/твердый электролит. [87] Однако рост дендритов может также происходить из-за химического разложения твердого электролита. [88]

В литий-ионных твердых электролитах, очевидно устойчивых к металлу Li, дендриты распространяются в первую очередь за счет повышения давления на границе раздела электрод/твердый электролит, что приводит к расширению трещин. [89] Между тем, для твердых электролитов, которые химически нестабильны по отношению к соответствующему металлу, межфазный рост и возможное растрескивание часто препятствуют образованию дендритов. [90]

Рост дендритов в твердотельных литий-ионных элементах можно уменьшить, эксплуатируя элементы при повышенной температуре [91] или используя остаточные напряжения для разрушения и повышения прочности электролитов [89] , тем самым отклоняя дендриты и задерживая вызванное дендритами короткое замыкание. Также было показано, что алюминийсодержащие промежуточные фазы электронного выпрямления между твердотельным электролитом и анодом из металлического лития эффективно предотвращают рост дендритов. [92]

Механическая поломка

Распространенным механизмом отказа твердотельных аккумуляторов является механическое повреждение из-за изменения объема анода и катода во время зарядки и разрядки из-за добавления и удаления литий-ионов из основных структур. [93]

катод

Катоды обычно состоят из активных катодных частиц, смешанных с частицами SSE для улучшения ионной проводимости . По мере зарядки/разрядки аккумулятора объем катодных частиц изменяется обычно порядка нескольких процентов. [94] Такое изменение объема приводит к образованию межчастичных пустот , которые ухудшают контакт между катодом и частицами SSE, что приводит к значительной потере емкости из-за ограничения транспорта ионов. [93] [95] [96]

Одним из предложенных решений этой проблемы является использование анизотропии изменения объема катодных частиц. Поскольку многие катодные материалы испытывают изменения объема только в определенных кристаллографических направлениях , если частицы вторичного катода выращиваются в кристаллографическом направлении, которое не сильно расширяется при зарядке/разряде, то изменение объема частиц можно свести к минимуму. [97] [98] Другое предложенное решение состоит в смешивании различных катодных материалов, которые имеют противоположные тенденции расширения, в правильном соотношении, так что чистое изменение объема катода равно нулю. [94] Например, LiCoO 2 (LCO) и LiNi 0,9 Mn 0,05 Co 0,05 O 2 (NMC) являются двумя хорошо известными катодными материалами для литий-ионных аккумуляторов. Было показано, что LCO подвергается расширению объема при выпуске, в то время как NMC, как было показано, подвергается сокращению объема при выпуске. Таким образом, композитный катод из LCO и NMC в правильном соотношении может претерпевать минимальное изменение объема при разряде, поскольку сжатие NMC компенсируется расширением LCO.

Анод

В идеале в твердотельной батарее должен использоваться анод из чистого металлического лития из-за его высокой энергоемкости. Однако во время зарядки литий претерпевает значительное увеличение объема примерно на 5 мкм на 1 мАч/см 2 покрытого лития. [93] Для электролитов с пористой микроструктурой это расширение приводит к увеличению давления, что может привести к проскальзыванию металлического лития через поры электролита и за пределы элемента. [99] Металлический литий имеет относительно низкую температуру плавления 453 К и низкую энергию активации самодиффузии 50 кДж/моль, что указывает на его высокую склонность к значительной ползучести при комнатной температуре . [100] [101] Было показано, что при комнатной температуре литий претерпевает степенную ползучесть, когда температура достаточно высока по отношению к температуре плавления, что дислокации в металле могут выходить из своей плоскости скольжения , чтобы избежать препятствий. Напряжение ползучести при степенной ползучести определяется выражением:

Где – газовая постоянная , – температура, – скорость одноосной деформации , – напряжение ползучести , а для металлического лития – , . [100]

Для использования металлического лития в качестве анода необходимо проявлять большую осторожность, чтобы минимизировать давление элемента до относительно низких значений, порядка его предела текучести 0,8 МПа. [102] Нормальное рабочее давление элемента для литий-металлического анода составляет от 1 до 7 МПа. Некоторые возможные стратегии минимизации нагрузки на металлический литий заключаются в использовании элементов с пружинами выбранной жесткости пружины или контролируемом повышении давления во всей ячейке. [93] Другая стратегия может заключаться в том, чтобы пожертвовать некоторой энергоемкостью и использовать анод из сплава металлического лития , который обычно имеет более высокую температуру плавления, чем чистый металлический литий, что приводит к меньшей склонности к ползучести. [103] [104] [105] Хотя эти сплавы немного расширяются при литировании, часто в большей степени, чем металлический литий, они также обладают улучшенными механическими свойствами, позволяющими им работать при давлениях около 50 МПа. [106] [107] Это более высокое давление в ячейке также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в возможном уменьшении образования пустот в катоде. [93]

Преимущества

Считается, что технология твердотельных аккумуляторов обеспечивает более высокую плотность энергии (в 2,5 раза). [108]

Твердотельные батареи имеют превосходную теоретическую плотность энергии.

[Литий-ионный аккумулятор]

Катод: кобальтат лития ⇄ Анод: графит→Плотность энергии 370 Втч/кг (тип кобальта: теоретическое предельное значение)

[Твердотельный аккумулятор]

Катод: оксид/сульфид ⇄ Анод: металлический литий → Плотность энергии 1440 Втч/кг (тип сульфида: теоретическое предельное значение)

Они могут избегать использования опасных или токсичных материалов, содержащихся в коммерческих батареях, таких как органические электролиты. [109]

Поскольку большинство жидких электролитов легко воспламеняются, а твердые электролиты негорючи, считается, что твердотельные батареи имеют меньший риск возгорания. Требуется меньше систем безопасности, что еще больше увеличивает плотность энергии на уровне модуля или блока элементов. [1] [109] Недавние исследования показывают, что выделение тепла внутри составляет лишь ~20-30% от обычных батарей с жидким электролитом при термическом разгоне. [110]

Считается, что технология твердотельных аккумуляторов обеспечивает более быструю зарядку. [111] [112] Также возможны более высокое напряжение и более длительный срок службы. [109] [79]

Тонкопленочные твердотельные аккумуляторы

Фон

Самые ранние тонкопленочные твердотельные батареи были обнаружены Кейичи Канехори в 1986 году [113] и основаны на литиевом электролите. Однако в то время этой технологии было недостаточно для питания более крупных электронных устройств, поэтому она не была полностью разработана. За последние годы было проведено много исследований в этой области. Гарбайо продемонстрировал, что «полиаморфизм» существует помимо кристаллических состояний для тонкопленочных литий-гранатовых твердотельных батарей в 2018 году, [114] Моран продемонстрировал, что компания Ample может производить керамические пленки с желаемым диапазоном размеров 1–20 мкм в 2021 году. [115] ]

Состав

Материалы анода: Li предпочтителен из-за его аккумулирующих свойств, в качестве анодов также подходят сплавы Al, Si и Sn.

Катодные материалы: требуют легкого веса, хорошей циклической емкости и высокой плотности энергии. Обычно включают LiCoO2, LiFePO4, TiS2, V2O5 и LiMnO2. [116]

Техники подготовки

Некоторые методы перечислены ниже. [117]

Разработка тонкопленочной системы

Преимущества

Проблемы

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Аб Райш, Марк С. (20 ноября 2017 г.). «Твердотельные батареи постепенно выходят на рынок». C&EN Глобальное предприятие . 95 (46): 19–21. doi : 10.1021/cen-09546-bus.
  2. ↑ Вандервелл, Энди (26 сентября 2017 г.). «Что такое твердотельная батарея? Объяснение ее преимуществ». Проводная Великобритания . Проверено 7 января 2018 г.
  3. ^ abc "セラミックパッケージ型全固体電池・評価用電源モジュールキット｜二次電池｜Biz.maxell - マクセル». Biz.maxell - マクセル.
  4. ^ "コイン形全固体電池・バイポーラ型全固体電池｜二次電池｜Biz.maxell - マクセル" . Biz.maxell - マクセル.
  5. ^ Пин, Вэйвэй; Ян, Чунпэн; Бао, Иньхуа; Ван, Ченгвэй; Се, Хуа; Хитц, Эмили; Ченг, Цзянь; Ли, Дэн; Ху, Лянбин (сентябрь 2019 г.). «Кремниевый анод для твердотельных батарей на основе граната: интерфейсы и наномеханика». Материалы для хранения энергии . 21 : 246–252. doi :10.1016/j.ensm.2019.06.024. S2CID  198825492.
  6. ^ Веппнер, Вернер (сентябрь 2003 г.). «Техника твердотельных ионных устройств». Международный журнал ионики . 9 (5–6): 444–464. дои : 10.1007/BF02376599. S2CID  108702066. Твердотельные ионные устройства, такие как высокопроизводительные батареи...
  7. ^ Funke K (август 2013 г.). «Твердотельная ионика: от Майкла Фарадея к зеленой энергетике - европейское измерение». Наука и технология перспективных материалов . 14 (4): 043502. Бибкод : 2013STAdM..14d3502F. дои : 10.1088/1468-6996/14/4/043502. ПМК 5090311 . ПМИД  27877585. 
  8. ^ Ли, Сихи (2012). «Химия и конструкция твердотельных ячеек» (PDF) . АРПА-Э . Проверено 7 января 2018 г.
  9. ^ Оуэнс, Бун Б.; Мунши, МЗА (январь 1987 г.). «История твердотельных батарей» (PDF) . Центр оборонной технической информации . Центр исследования коррозии, Университет Миннесоты . Бибкод : 1987умн..репт.....О. Архивировано (PDF) из оригинала 24 февраля 2020 г. Проверено 7 января 2018 г.
  10. ^ abcde Уиттингем, М. Стэнли (01 февраля 2021 г.). «Твердотельная ионика: ключ к открытию и доминированию литиевых батарей: некоторые уроки из β-оксида алюминия и дисульфида титана». Вестник МРС . 46 (2): 168–173. Бибкод : 2021MRSBu..46..168W. дои : 10.1557/s43577-021-00034-2. ISSN  1938-1425. ОСТИ  1848581. S2CID  233939199.
  11. ^ Юнг-Фан Ю Яо; Куммер, Дж. Т. (1 сентября 1967 г.). «Ионообменные свойства и скорость ионной диффузии в бета-глиноземе». Журнал неорганической и ядерной химии . 29 (9): 2453–2475. дои : 10.1016/0022-1902(67)80301-4. ISSN  0022-1902.
  12. ^ Уиттингем, MS «Бета-оксид алюминия - прелюдия к революции в электрохимии твердого тела». Специальные публикации НБС . 13 (364): 139–154.
  13. ^ «Новые аккумуляторы мощной мощности - USATODAY.com» . usatoday30.usatoday.com . Проверено 8 декабря 2022 г.
  14. ^ abcd Джонс, Кевин С.; Рудавский, Николас Г.; Оладеджи, Исайя; Питтс, Роланд; Фокс, Ричард. «Состояние твердотельных аккумуляторов» (PDF) . Бюллетень Американского керамического общества . 91 (2).
  15. ^ Лакост, Джед Д.; Закутаев Андрей; Фей, Линг (25 февраля 2021 г.). «Обзор оксинитрида лития и фосфора». Журнал физической химии C. 125 (7): 3651–3667. doi : 10.1021/acs.jpcc.0c10001. ISSN  1932-7447. ОСТИ  1772959. S2CID  234022942.
  16. ^ Лян, Сяопин; Тан, ФэйХу; Вэй, Фэн; Ду, июнь (23 февраля 2019 г.). «Ход исследования всех твердотельных тонкопленочных литиевых батарей». Серия конференций IOP: Науки о Земле и окружающей среде . 218 (1): 012138. Бибкод : 2019E&ES..218a2138L. дои : 10.1088/1755-1315/218/1/012138 . ISSN  1755-1315. S2CID  139860728.
  17. ^ Камая, Нориаки; Хомма, Кенджи; Ямакава, Юичиро; Хираяма, Масааки; Канно, Рёдзи; Ёнемура, Масао; Камияма, Такаши; Като, Юки; Хама, Сигенори; Кавамото, Кодзи; Мицуи, Акио (июль 2011 г.). «Литиевый суперионный проводник». Природные материалы . 10 (9): 682–686. Бибкод : 2011NatMa..10..682K. дои : 10.1038/nmat3066. ISSN  1476-4660. ПМИД  21804556.
  18. ↑ Граймель, Ганс (27 января 2014 г.). «Toyota готовит твердотельные аккумуляторы к 20-м годам». Автомобильные новости . Проверено 7 января 2018 г.
  19. ^ ab «Твердотельная батарея, разработанная в CU-Boulder, может удвоить запас хода электромобилей». Университет Колорадо в Боулдере . 18 сентября 2013 года. Архивировано из оригинала 7 ноября 2013 года . Проверено 7 января 2018 г.
  20. ^ ab «Изобретатель литий-ионных аккумуляторов представляет новую технологию для быстрой зарядки негорючих аккумуляторов». Техасский университет в Остине . 28 февраля 2017 года . Проверено 7 января 2018 г.
  21. ^ Бакленд, Кевин; Сагиике, Хидеки (13 декабря 2017 г.). «Toyota углубляет связи с батареями Panasonic в гонке за электромобилями». Технология Блумберг . Проверено 7 января 2018 г.
  22. ↑ Бейкер, Дэвид Р. (3 апреля 2019 г.). «Почему литий-ионная технология может доминировать в будущем в области хранения энергии». www.renewableenergyworld.com . Блумберг . Проверено 7 апреля 2019 г.
  23. ^ «Solid Power, партнер BMW по разработке аккумуляторов для электромобилей следующего поколения» . Рейтер . 18 декабря 2017 года . Проверено 7 января 2018 г.
  24. ↑ Крок, Андрей (21 декабря 2017 г.). «Honda переходит на твердотельные аккумуляторы» . Роуд-шоу от CNET . Проверено 7 января 2018 г.
  25. ↑ Ламберт, Фред (6 апреля 2017 г.). «Сообщается, что Hyundai начала пилотное производство твердотельных аккумуляторов следующего поколения для электромобилей». Электрек . Проверено 7 января 2018 г.
  26. ^ «Сообщается, что Honda и Nissan разрабатывают твердотельные аккумуляторы следующего поколения для электромобилей» . Джапан Таймс . Новости Киодо . 21 декабря 2017 года . Проверено 7 января 2018 г.
  27. ^ Датский, Пол (12 сентября 2018 г.). «Прямо из Калифорнийского университета (и Луисвилля): батарея, которая может изменить мир». Боулдер Еженедельник . Проверено 12 февраля 2020 г.
  28. ^ «Solid Power собирает 20 миллионов долларов на создание полностью твердотельных батарей — Quartz». qz.com . 10 сентября 2018 года . Проверено 10 сентября 2018 г.
  29. ^ «Samsung Venture, Hyundai инвестируют в производителя аккумуляторов» . Bloomberg.com . 10 сентября 2018 года . Проверено 11 сентября 2018 г.
  30. ↑ Ламберт, Фред (20 ноября 2018 г.). «Китай начинает производство твердотельных батарей, повышая плотность энергии». Электрек .
  31. ^ Вэйланд, Майкл (03 сентября 2020 г.). «Поставщик автомобильных аккумуляторов, поддерживаемый Биллом Гейтсом, станет публичным через сделку SPAC» . CNBC . Проверено 7 января 2021 г.
  32. ↑ ab Manchester, Бетт (30 ноября 2020 г.). «QuantumScape успешно становится публичной». lectrive.com .
  33. ^ Фукутоми, Сюнтаро. «Осенью Мурата начнет массовое производство твердотельных батарей» . Никкей Азия . Проверено 19 июля 2021 г.
  34. ^ «Мурата разрабатывает твердотельные аккумуляторы для носимых устройств» . 29 июля 2021 г.
  35. ^ «Категория: 18650/20700/21700 Аккумуляторные батареи» . 29 июля 2021 г.
  36. ↑ Праншу Верма (18 мая 2022 г.). «В гонке за автомобильным аккумулятором, который быстро заряжается и не загорается». Вашингтон Пост .
  37. ^ «Toyota описывает технологию твердотельных аккумуляторов» . 8 сентября 2021 г. Проверено 12 ноября 2021 г.
  38. ^ Data-Eio="l" />, <img Src="https://Sorae info/Wp-Content/Uploads/2020/07/50068043713_d63c0f19dd_k-1-E1595050122698-150x150 jpg" Ширина="25" Высота=" 25" Alt="出口 隼詩" Class="avatar Avatar-25 Wp-User-Avatar Wp-User-Avatar-25 Alignnone Photo";隼詩, 出口 (27 февраля 2022 г.). "ノースロップ・グラマン「シグナス補給船」打ち上げ成功 日本の実験機器・超小型衛星も搭載». сораэ 宇宙へのポータルサイト(на японском языке) . Проверено 22 ноября 2023 г. {{cite web}}: |first=имеет общее имя ( справка )CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  39. ^ «Тайваньский производитель аккумуляторов ProLogium подписывает инвестиционное соглашение с Mercedes-Benz» . Рейтер. 27 января 2022 г. Проверено 1 ноября 2022 г.
  40. ^ «Swiss Clean Battery планирует построить гигафабрику мощностью 7,6 ГВтч» . Возобновляемые источники энергии сейчас . Проверено 27 апреля 2023 г.
  41. ^ «Sult Energy разрабатывает твердотельные аккумуляторные элементы, которые позволят транспортным средствам преодолевать расстояние более 1000 км» . 19 июля 2022 г.
  42. ^ "会社四季報オンライン｜株式投資・銘柄研究のバイブル" . shikiho.toyokeizai.net . Проверено 28 октября 2023 г.
  43. ^ ab 日経クロステック(xTECH) (3 октября 2023 г.). «パナソニックHDが全固体電池、3分で充電可能».日経クロステック（xTECH） (на японском языке) . Проверено 1 декабря 2023 г.
  44. ^ «Toyota подписывает соглашение о массовом производстве твердотельных аккумуляторов для электромобилей с запасом хода 932 мили» . ПКМАГ . Проверено 24 октября 2023 г.
  45. Ссылкиく布石(東洋経済オンライン)» . Yahoo!ファイナンス(на японском языке) . Проверено 5 декабря 2023 г.
  46. ^ Флаэрти, Ник (6 января 2024 г.). «VW проверяет работоспособность литий-металлических твердотельных аккумуляторов» . eeNews Европа . Проверено 8 января 2024 г.
  47. ↑ Чендлер, Дэвид Л. (12 июля 2017 г.). «Исследование предлагает путь к улучшению перезаряжаемых литиевых батарей». Массачусетский Институт Технологий . Исследователи попытались обойти эти проблемы, используя электролит, изготовленный из твердых материалов, таких как керамика.
  48. ↑ Чендлер, Дэвид Л. (2 февраля 2017 г.). «На пути к твердотельным литиевым батареям». Массачусетский Институт Технологий . Исследователи исследуют механику сульфидов лития, которые перспективны в качестве твердых электролитов.
  49. ^ Ван, Юйчен; Акин, Мерт; Цяо, Сяояо; Ян, Живэй; Чжоу, Сянъян (сентябрь 2021 г.). «Значительно повышенная плотность энергии твердотельной аккумуляторной батареи, работающей в условиях высокой влажности». Международный журнал энергетических исследований . 45 (11): 16794–16805. дои : 10.1002/er.6928 . S2CID  236256757.
  50. ^ Акин, Мерт; Ван, Юйчен; Цяо, Сяояо; Ян, Живэй; Чжоу, Сянъян (сентябрь 2020 г.). «Влияние относительной влажности на кинетику реакции в твердотельной батарее на основе йодида рубидия-серебра». Электрохимика Акта . 355 : 136779. doi : 10.1016/j.electacta.2020.136779. S2CID  225553692.
  51. ^ Чен, Русонг; Нолан, Аделаида М.; Лу, Цзязе; Ван, Цзюньян; Ю, Сицянь; Мо, Ифэй; Чен, Лицюань; Хуан, Сюэцзе; Ли, Хун (апрель 2020 г.). «Термическая стабильность литиевых твердых электролитов с металлическим литием». Джоуль . 4 (4): 812–821. дои : 10.1016/j.joule.2020.03.012 . S2CID  218672049.
  52. ^ Ван, Кай; Рен, Цинъюн; Гу, Чжэньци; Дуань, Чаомин; Ван, Цзиньчжу; Чжу, Фэн; Фу, Юаньюань; Хао, Цзипэн; Чжу, Цзиньфэн; Он, Лунхуа; Ван, Чин-Вэй; Лу, Иньин; Ма, Цзе; Ма, Ченг (декабрь 2021 г.). «Экономичный и устойчивый к влажности твердый хлоридный электролит для литиевых батарей». Природные коммуникации . 12 (1): 4410. Бибкод : 2021NatCo..12.4410W. дои : 10.1038/s41467-021-24697-2. ПМЦ 8292426 . ПМИД  34285207. 
  53. ^ Ли, Сяона; Лян, Цзяньвэнь; Ло, Цзин; Норузи Банис, Мохаммед; Ван, Чанхун; Ли, Вэйхан; Дэн, Сиксу; Ю, Чжуан; Чжао, Фейпэн; Ху, Юнфэн; Шам, Цун-Конг; Чжан, Ли; Чжао, Шанцянь; Лу, Шиган; Хуан, Хуан; Ли, Жуйин; Адэр, Киган Р.; Сунь, Сюэлян (2019). «Аэростабильный электролит Li 3 InCl 6 с совместимостью при высоком напряжении для полностью твердотельных аккумуляторов». Энергетика и экология . 12 (9): 2665–2671. дои : 10.1039/C9EE02311A. S2CID  202881108.
  54. ^ Шлем, Роман; Муй, Соксейха; Принц, Нильс; Баник, Ананья; Шао-Хорн, Ян; Зобель, Мириджам; Зейер, Вольфганг Г. (февраль 2020 г.). «Механохимический синтез: инструмент для настройки беспорядка в катионных сайтах и ​​свойств ионного транспорта суперионных проводников Li 3 MCl 6 (M = Y, Er)». Передовые энергетические материалы . 10 (6): 1903719. doi : 10.1002/aenm.201903719 . hdl : 1721.1/128746 . S2CID  213539629.
  55. ^ Чжоу, Лайдун; Квок, Чун Юэнь; Шьямсундер, Абхинандан; Чжан, Цян; Ву, Сяохань; Назар, Линда Ф. (2020). «Новый галоспинелевой суперионный проводник для высоковольтных твердотельных литиевых батарей». Энергетика и экология . 13 (7): 2056–2063. дои : 10.1039/D0EE01017K. ОСТИ  1657953. S2CID  225614485.
  56. ^ abc Такада, Кадзунори (февраль 2013 г.). «Прогресс и перспективы твердотельных литиевых батарей». Акта Материалия . 61 (3): 759–770. Бибкод : 2013AcMat..61..759T. doi :10.1016/j.actamat.2012.10.034.
  57. ^ Гонг, Юньхуэй; Фу, Кун; Сюй, Шаомао; Дай, Цзяци; Хаманн, Таннер Р.; Чжан, Лей; Хитц, Грегори Т.; Фу, Жежень; Ма, Чжаохуэй; МакОуэн, Деннис В.; Хан, Сяоган; Ху, Лянбин; Ваксман, Эрик Д. (июль 2018 г.). «Литий-ионная проводящая керамическая ткань: новая архитектура гибких твердотельных литий-металлических батарей». Материалы сегодня . 21 (6): 594–601. дои : 10.1016/j.mattod.2018.01.001 . ОСТИ  1538573. S2CID  139149288.
  58. ^ Дамен, Л.; Хассун, Дж.; Мастрагостино, М.; Скросати, Б. (октябрь 2010 г.). «Твердотельный перезаряжаемый полимерный аккумулятор Li/LiFePO4 для электромобилей». Журнал источников энергии . 195 (19): 6902–6904. Бибкод : 2010JPS...195.6902D. дои : 10.1016/j.jpowsour.2010.03.089.
  59. ^ Тан, Даррен Х.С.; Чен, Ю-Тин; Ян, Хеди; Бао, Вуригумула; Шринараянан, Бхагат; Ду, Жан-Мари; Ли, Вэйкан; Лу, Бингю; Хам, Со-Ён; Саяхпур, Бахарак; Шарф, Джонатан; Ву, Эрик А.; Дейшер, Грейсон; Хан, Хе Ын; Ха, Хо Джин; Чон, Хери; Ли, Чон Бом; Чен, Чжэн; Мэн, Ин Ширли (24 сентября 2021 г.). «Безуглеродные кремниевые аноды с высокой нагрузкой на основе сульфидных твердых электролитов». Наука . 373 (6562): 1494–1499. Бибкод : 2021Sci...373.1494T. дои : 10.1126/science.abg7217. PMID  34554780. S2CID  232147704.
  60. ^ Танибата, Наото; Такимото, Шута; Накано, Коки; Такеда, Хаями; Накаяма, Масанобу; Суми, Хирофуми (03 августа 2020 г.). «Метастабильный хлоридный твердый электролит с высокой формуемостью для перезаряжаемых твердотельных литий-металлических аккумуляторов». Письма о материалах ACS . 2 (8): 880–886. doi : 10.1021/acsmaterialslett.0c00127. ISSN  2639-4979. S2CID  225759726.
  61. ^ Чжоу, Лайдун; Цзо, Тонг-Тонг; Квок, Чун Юэнь; Ким, Се Ён; Ассуд, Абдельджалил; Чжан, Цян; Янек, Юрген; Назар, Линда Ф. (январь 2022 г.). «Керамические полностью твердотельные литий-ионные аккумуляторы 4 В с большой емкостью и длительным сроком службы на основе хлоридных твердых электролитов». Энергия природы . 7 (1): 83–93. Бибкод : 2022NatEn...7...83Z. дои : 10.1038/s41560-021-00952-0. ISSN  2058-7546. ОСТИ  1869086. S2CID  245654129.
  62. ^ Ван, Кай; Рен, Цинъюн; Гу, Чжэньци; Дуань, Чаомин; Ван, Цзиньчжу; Чжу, Фэн; Фу, Юаньюань; Хао, Цзипэн; Чжу, Цзиньфэн; Он, Лунхуа; Ван, Чин-Вэй; Лу, Иньин; Ма, Цзе; Ма, Ченг (20 июля 2021 г.). «Экономичный и устойчивый к влажности твердый хлоридный электролит для литиевых батарей». Природные коммуникации . 12 (1): 4410. Бибкод : 2021NatCo..12.4410W. дои : 10.1038/s41467-021-24697-2. ISSN  2041-1723. ПМЦ 8292426 . ПМИД  34285207. 
  63. ↑ abc Карлон, Крис (24 октября 2016 г.). «Акумуляторная технология, которая может положить конец возгораниям аккумуляторов». Администрация Андроида . Проверено 7 января 2018 г.
  64. ^ «Будут ли твердотельные батареи питать нас всех?» Экономист . 16 октября 2017 г.
  65. ^ «Аккумуляторы для гибридных и подключаемых электромобилей» . Центр данных по альтернативным видам топлива . Проверено 7 января 2018 г.
  66. ^ «Хранение энергии». Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии . Проверено 7 января 2018 г. Многие автопроизводители выбрали литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы в качестве предпочтительного варианта хранения энергии EDV, способного обеспечивать необходимую энергию и плотность мощности в относительно небольшом и легком корпусе.
  67. ^ «Технология полностью твердотельных аккумуляторов» . Хонда . Август 2022 года . Проверено 9 ноября 2022 г.
  68. ^ «Высококачественная аккумуляторная технология, которая значительно повышает производительность электромобилей» . Ниссан . Проверено 19 июня 2023 г.
  69. ↑ Юрий Кагеяма (13 июня 2023 г.). «Японская компания Toyota объявляет об инициативе по использованию полностью твердотельных аккумуляторов в рамках плана по производству электромобилей». АП Новости . Проверено 17 июня 2023 г.
  70. ^ «Toyota представляет новую технологию, которая изменит будущее автомобилей» (пресс-релиз). Тойота . 13 июня 2023 г. Проверено 17 июня 2023 г.
  71. ↑ Генри Браун (4 мая 2021 г.). «Мурата скоро начнет массовое производство твердотельных батарей». тенденция гаджета . Проверено 12 ноября 2021 г.
  72. ^ «Полностью твердотельные литий-ионные батареи». Корпорация Хитачи Дзосен . Проверено 17 ноября 2021 г.
  73. ↑ Рётаро Сато (4 марта 2021 г.). «Твердотельный аккумулятор самой высокой емкости в мире разработан в Японии». Никкей Азия . Проверено 22 февраля 2023 г.
  74. ^ «JAXA и Hitachi Zosen совместно подтверждают операцию зарядки/разрядки твердотельных литий-ионных батарей в космосе, впервые в мире» . Японское агентство аэрокосмических исследований. 5 августа 2022 г. Проверено 22 февраля 2023 г.
  75. ^ «Твердотельные батареи прибыли!». 5 ноября 2022 г.
  76. ^ ВСЕ новые электростанции на выставке CES 2023!? - EcoFlow, Bluetti, Jackery, Zendure, Yoshino, UGreen! , получено 23 сентября 2023 г.
  77. ^ «Твердотельные технологии». Ёсино Пауэр . Проверено 23 сентября 2023 г.
  78. ^ "Переносные электростанции Ёсино" . Ёсино Пауэр . Проверено 23 сентября 2023 г.
  79. ^ abc Джонс, Кевин С. «Состояние твердотельных батарей» (PDF) . Проверено 7 января 2018 г.
  80. ^ «Новый гибридный электролит для твердотельных литиевых батарей». 21 декабря 2015 года . Проверено 7 января 2018 г.
  81. ↑献 » [Достигнуто при разработке «Гибкой твердотельной» батареи: Большая емкость за счет нового материала]. Киотский университет (на японском языке). 7 ноября 2022 г. Проверено 9 ноября 2022 г.
  82. ^ Кимура, Такуя; Инаока, Такеаки; Идзава, Ре; Накано, Такуми; Хотехама, Чи; Сакуда, Ацуши; Тацумисаго, Масахиро; Хаяси, Акитоши (20 июня 2023 г.). «Стабилизация высокотемпературного α-Li3PS4 путем быстрого нагрева стекла». Журнал Американского химического общества . 145 (26): 14466–14474. doi : 10.1021/jacs.3c03827.
  83. ^ Лу, Шуайфэн; Ю, Чжэньцзян; Лю, Цинсун; Ван, Хан; Чен, Мин; Ван, Цзяцзюнь (сентябрь 2020 г.). «Многомасштабное изображение интерфейсов твердотельных батарей: от атомного масштаба до макроскопического масштаба». Хим . 6 (9): 2199–2218. doi : 10.1016/j.chempr.2020.06.030 . S2CID  225406505.
  84. ^ Ричардс, Уильям Д.; Миара, Линкольн Дж.; Ван, Ян; Ким, Джэ Чоль; Седер, Гербранд (12 января 2016 г.). «Стабильность интерфейса в твердотельных батареях». Химия материалов . 28 (1): 266–273. doi : 10.1021/acs.chemmater.5b04082. hdl : 1721.1/101875 . S2CID  14077506.
  85. ^ Ван, Сюй; Цзэн, Вэй; Хун, Лян; Сюй, Вэньвэнь; Ян, Хаокай; Ван, Фан; Дуань, Хуйгао; Тан, Мин; Цзян, Ханьцин (март 2018 г.). «Механизм роста дендритов лития, вызванный стрессом, и смягчение последствий дендритов путем гальванопокрытия на мягкие подложки». Энергия природы . 3 (3): 227–235. Бибкод : 2018NatEn...3..227W. дои : 10.1038/s41560-018-0104-5. S2CID  139981784.
  86. ^ Ченг, Синь-Бин; Чжан (17 ноября 2015 г.). «Обзор межфазных переходов твердых электролитов на литий-металлическом аноде». Передовая наука . 3 (3): 1500213. doi :10.1002/advs.201500213. ПМК 5063117 . ПМИД  27774393. 
  87. ^ Армстронг, РД; Дикинсон, Т.; Тернер, Дж. (1974). «Распад керамического электролита на основе бета-глинозема». Электрохимика Акта . 19 (5): 187–192. дои : 10.1016/0013-4686(74)85065-6.
  88. ^ Де Йонге, Лутгард К.; Фельдман, Лесли; Бешель, Эндрю (1 марта 1981 г.). «Медленная деградация и электронная проводимость в натрии/бета-оксидах алюминия». Журнал материаловедения . 16 (3): 780–786. Бибкод : 1981JMatS..16..780J. дои : 10.1007/BF02402796. ISSN  1573-4803. ОСТИ  1070020. S2CID  189834121.
  89. ^ аб Д. Финчер, Коул; Афанасиу, Христос Э.; Гильгенбах, Колин; Ван, Майкл; Шелдон, Брайан В.; Картер, В. Крейг; Чан, Йет-Мин (ноябрь 2022 г.). «Контроль за распространением дендритов в твердотельных батареях с искусственным напряжением». Джоуль . 6 (11): 2542–4351. дои : 10.1016/j.joule.2022.10.011 . S2CID  253694787.
  90. ^ Типпенс, Джаред; Майерс, Джон К.; Афшар, Арман; Льюис, Джон А.; Кортес, Франсиско Хавьер Кинтеро; Цяо, Хайпэн; Марчезе, Томас С.; Ди Лео, Клаудио В.; Салдана, Кристофер; Макдауэлл, Мэтью Т. (14 июня 2019 г.). «Визуализация химико-механического разложения электролита твердотельной батареи». Энергетические письма ACS . 4 (6): 1475–1483. doi : 10.1021/acsenergylett.9b00816. ISSN  2380-8195. S2CID  195582019.
  91. ^ Ван, Майкл; Вулфенстайн, Джеффри Б.; Сакамото, Джефф (10 февраля 2019 г.). «Температурно-зависимый баланс потоков интерфейса Li/Li7La3Zr2O12». Электрохимика Акта . 296 : 842–847. дои : 10.1016/j.electacta.2018.11.034 . ISSN  0013-4686. S2CID  106296290.
  92. ^ «Новый« умный слой »может повысить долговечность и эффективность твердотельных батарей» . Университет Суррея . Проверено 16 апреля 2023 г.
  93. ^ abcde Дейшер, Грейсон; Ридли, Филипп; Хам, Со-Ён; Ду, Жан-Мари; Чен, Ю-Тин; Ву, Эрик А.; Тан, Даррен Х.С.; Кронк, Эшли; Чан, Джихён; Мэн, Ин Ширли (01 мая 2022 г.). «Транспортные и механические аспекты твердотельных литиевых батарей». Материалы сегодня Физика . 24 : 100679. doi : 10.1016/j.mtphys.2022.100679 . ISSN  2542-5293. S2CID  247971631.
  94. ^ аб Кервер, Раймунд; Чжан, Вэньбо; де Бьязи, Леа; Швайдлер, Саймон; Кондраков Александр О.; Коллинг, Стефан; Брезесински, Торстен; Хартманн, Паскаль; Зейер, Вольфганг Г.; Янек, Юрген (2018). «Хемо-механическое расширение материалов литиевых электродов - на пути к механически оптимизированным твердотельным батареям». Энергетика и экология . 11 (8): 2142–2158. дои : 10.1039/C8EE00907D. ISSN  1754-5692.
  95. ^ Кервер, Раймунд; Айгюн, Изабель; Лейхтвайс, Томас; Дитрих, Кристиан; Чжан, Вэньбо; Биндер, Ян О.; Хартманн, Паскаль; Зейер, Вольфганг Г.; Янек, Юрген (11 июля 2017 г.). «Снижение емкости твердотельных батарей: образование межфазных фаз и химико-механические процессы в богатых никелем слоистых оксидных катодах и твердых электролитах из тиофосфата лития». Химия материалов . 29 (13): 5574–5582. doi : 10.1021/acs.chemmater.7b00931. ISSN  0897-4756.
  96. ^ Ши, Тан; Чжан, Я-Цянь; Ту, Цинсун; Ван, Юхао; Скотт, MC; Седер, Гербранд (2020). «Характеристика механического разрушения катода твердотельной батареи». Журнал химии материалов А. 8 (34): 17399–17404. дои : 10.1039/D0TA06985J . ISSN  2050-7488. S2CID  225222096.
  97. ^ Чжоу, Юн-Нин; Ма, Джун; Ху, Эньюань; Ю, Сицянь; Гу, Линь; Нам, Кён Ван; Чен, Лицюань; Ван, Чжаосян; Ян, Сяо-Цин (18 ноября 2014 г.). «Настройка дыхания элементарных ячеек, индуцированного зарядом-разрядом, в катодных материалах со слоистой структурой для литий-ионных батарей». Природные коммуникации . 5 (1): 5381. Бибкод : 2014NatCo...5.5381Z. дои : 10.1038/ncomms6381 . ISSN  2041-1723. ПМИД  25451540.
  98. ^ Ким, Ун Хек; Рю, Хун Хи; Ким, Джэ Хён; Мюке, Роберт; Кагазчи, Паям; Юн, Чонг С.; Сунь, Ян Кук (апрель 2019 г.). «Никтриевый катодный материал с контролируемой микроструктурой с помощью микромасштабного композиционного разделения для электромобилей нового поколения». Передовые энергетические материалы . 9 (15): 1803902. doi :10.1002/aenm.201803902. ISSN  1614-6832. S2CID  104475168.
  99. ^ Ду, Жан-Мари; Нгуен, Хан; Тан, Даррен Х.С.; Банерджи, Абхик; Ван, Сюэфэн; Ву, Эрик А.; Джо, Чихо; Ян, Хеди; Мэн, Ин Ширли (январь 2020 г.). «Аспекты давления в дымовой трубе для твердотельных литий-металлических батарей, работающих при комнатной температуре». Передовые энергетические материалы . 10 (1): 1903253. arXiv : 1910.02118 . дои : 10.1002/aenm.201903253. ISSN  1614-6832. S2CID  203838056.
  100. ^ ab LePage, Уильям С.; Чен, Юйсинь; Казьяк, Эрик; Чен, Куан-Хун; Санчес, Адриан Дж.; Поли, Андреа; Арруда, Эллен М.; Таулесс, доктор медицины; Дасгупта, Нил П. (2019). «Механика лития: роль скорости деформации и температуры и последствия для литий-металлических батарей». Журнал Электрохимического общества . 166 (2): А89–А97. Бибкод : 2019JElS..166A..89L. дои : 10.1149/2.0221902jes . ISSN  0013-4651. S2CID  104319914.
  101. ^ Мессер, Р.; Ноак, Ф. (1 февраля 1975 г.). «Ядерная магнитная релаксация путем самодиффузии в твердом литии: зависимость от частоты Т1». Прикладная физика . 6 (1): 79–88. Бибкод : 1975ApPhy...6...79M. дои : 10.1007/BF00883553. ISSN  1432-0630. S2CID  94108174.
  102. ^ Масиас, Альваро; Фельтен, Нандо; Гарсия-Мендес, Регина; Вулфенстайн, Джефф; Сакамото, Джефф (февраль 2019 г.). «Упругие, пластические и механические свойства металлического лития». Журнал материаловедения . 54 (3): 2585–2600. Бибкод : 2019JMatS..54.2585M. дои : 10.1007/s10853-018-2971-3. ISSN  0022-2461. S2CID  139507295.
  103. ^ Окамото, Х. (февраль 2009 г.). «Лий-Си (Литий-Кремний)». Журнал фазового равновесия и диффузии . 30 (1): 118–119. doi : 10.1007/s11669-008-9431-8. ISSN  1547-7037. S2CID  96833267.
  104. ^ Предель, Б. (1997), Маделунг, О. (редактор), «Li-Sb (литий-сурьма)», Li-Mg – Nd-Zr , Ландольт-Бернштейн - Физическая химия группы IV, Берлин / Гейдельберг: Springer-Verlag, vol. H, стр. 1–2, номер документа : 10.1007/10522884_1924, ISBN. 978-3-540-61433-3, получено 19 мая 2022 г.
  105. ^ Шерби, Олег Д.; Берк, Питер М. (январь 1968 г.). «Механическое поведение кристаллических твердых тел при повышенной температуре». Прогресс в материаловедении . 13 : 323–390. дои : 10.1016/0079-6425(68)90024-8.
  106. ^ Тан, Даррен Х.С.; Чен, Ю-Тин; Ян, Хеди; Бао, Вуригумула; Шринараянан, Бхагат; Ду, Жан-Мари; Ли, Вэйкан; Лу, Бингю; Хам, Со-Ён; Саяхпур, Бахарак; Шарф, Джонатан (24 сентября 2021 г.). «Безуглеродные кремниевые аноды с высокой нагрузкой на основе сульфидных твердых электролитов». Наука . 373 (6562): 1494–1499. Бибкод : 2021Sci...373.1494T. дои : 10.1126/science.abg7217. ISSN  0036-8075. PMID  34554780. S2CID  232147704.
  107. ^ Ло, Шутинг; Ван, Чжэньюй; Ли, Сюэлэй; Лю, Синьюй; Ван, Хайдун; Ма, Вейган; Чжан, Ляньци; Чжу, Линюнь; Чжан, Син (декабрь 2021 г.). «Рост литий-индийных дендритов в твердотельных литиевых батареях с сульфидными электролитами». Природные коммуникации . 12 (1): 6968. Бибкод : 2021NatCo..12.6968L. дои : 10.1038/s41467-021-27311-7. ISSN  2041-1723. ПМЦ 8630065 . ПМИД  34845223. 
  108. ^ Дадни, Нэнси Дж ; Уэст, Уильям С; Нанда, Джагджит, ред. (2015). Справочник по твердотельным батареям . Материалы и энергия. Том. 6 (2-е изд.). World Scientific Publishing Co. Pte. дои : 10.1142/9487. hdl : 10023/9281. ISBN 978-981-4651-89-9.
  109. ^ abc Bullis, Кевин (19 апреля 2011 г.). «Твердотельные аккумуляторы — высокоэнергетические элементы для более дешевых электромобилей». Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 7 января 2018 г.
  110. ^ Иноуэ, Такао; Мукаи, Кадзухико (18 января 2017 г.). «Действительно ли твердотельные литий-ионные аккумуляторы безопасны? Проверка методом дифференциальной сканирующей калориметрии с комплексной микроячейкой». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 9 (2): 1507–1515. дои : 10.1021/acsami.6b13224. ПМИД  28001045.
  111. ↑ Эйзенштейн, Пол А. (1 января 2018 г.). «От мобильных телефонов до автомобилей эти аккумуляторы могут навсегда перерезать провод». Новости Эн-Би-Си . Проверено 7 января 2018 г.
  112. ↑ Лимер, Эрик (25 июля 2017 г.). «Toyota работает над электромобилями, которые заряжаются за считанные минуты, к 2022 году» . Популярная механика . Проверено 7 января 2018 г.
  113. ^ Канехори, К; Ито, Ю; Кирино, Ф; Мияучи, К; Кудо, Т. (январь 1986 г.). «Пленки дисульфида титана, полученные методом плазменного CVD». Ионика твердого тела . 18–19: 818–822. дои : 10.1016/0167-2738(86)90269-9.
  114. ^ Гарбайо, Иньиго; Струзик, Михал; Боуман, Уильям Дж.; Пфеннингер, Рето; Стилп, Эвелин; Рупп, Дженнифер Л.М. (апрель 2018 г.). «Полиаморфизм стеклянного типа в тонкопленочных твердотельных проводниках литий-гранатовых батарей». Передовые энергетические материалы . 8 (12): 1702265. doi :10.1002/aenm.201702265. hdl : 1721.1/140483 . S2CID  103286218.
  115. ^ Балаиш, Моран; Гонсалес-Росильо, Хуан Карлос; Ким, Кун Джун; Чжу, Юньтун; Худ, Закари Д.; Рупп, Дженнифер Л.М. (март 2021 г.). «Обработка тонких, но прочных электролитов для твердотельных аккумуляторов». Энергия природы . 6 (3): 227–239. Бибкод : 2021NatEn...6..227B. дои : 10.1038/s41560-020-00759-5. S2CID  231886762.
  116. ^ Ким, Джу Гон; Сын, Бюнграк; Мукерджи, Сантану; Шупперт, Николас; Бейтс, Алекс; Квон, Осунг; Чхве, Мун Чон; Чон, Хён Ёль; Пак, Сэм (май 2015 г.). «Обзор твердотельных батарей на литиевой и нелитиевой основе». Журнал источников энергии . 282 : 299–322. Бибкод : 2015JPS...282..299K. дои : 10.1016/j.jpowsour.2015.02.054.
  117. ^ Муканова, Алия; Жетыбаева, Альбина; Мён, Сын Тэк; Ким, Сон Су; Бакенов, Жумабай (сентябрь 2018 г.). «Мини-обзор разработки тонкопленочных анодов на основе Si для литий-ионных аккумуляторов». Материалы сегодня Энергия . 9 : 49–66. дои : 10.1016/j.mtener.2018.05.004 . S2CID  103894996.
  118. ^ Суонн, С. (март 1988 г.). «Магнетронное распыление». Физика в технике . 19 (2): 67–75. Бибкод : 1988PhTec..19...67S. дои : 10.1088/0305-4624/19/2/304.
  119. ^ Охара, Сигэки; Сузуки, Джунджи; Сэкине, Кёичи; Такамура, Цутому (1 июня 2003 г.). «Реакция внедрения/извлечения Li из пленки Si, нанесенной на фольгу Ni». Журнал источников энергии . 119–121: 591–596. Бибкод : 2003JPS...119..591O. дои : 10.1016/S0378-7753(03)00301-X.
  120. ^ Доган, Фуля; Санджиева, Лиурукара Д.; Хву, Шиу-Джых; Воги, Джей Ти (май 2016 г.). «Электроосажденные пенопласты меди как подложки для тонкопленочных кремниевых электродов». Ионика твердого тела . 288 : 204–206. дои : 10.1016/j.ssi.2016.02.001 .
  121. ^ Муканова, А.; Тусупбаев Р.; Сабитов А.; Бондаренко И.; Немкаева Р.; Алдамжаров Б.; Бакенов, Ж. (1 января 2017 г.). «Рост графена CVD на поверхности жидкого галлия». Материалы сегодня: Труды . 4 (3, Часть А): 4548–4554. дои :10.1016/j.matpr.2017.04.028.
  122. ^ Кулова, ТЛ; Плесков, Ю. В.; Скундин, А.М.; Теруков Е.И.; Коньков О.И. (1 июля 2006 г.). «Интеркаляция лития в тонкие пленки аморфного кремния: исследование электрохимического импеданса». Российский журнал электрохимии . 42 (7): 708–714. дои : 10.1134/S1023193506070032. S2CID  93569567.
  123. ^ Козицки, Миннесота; Миткова М.; Аберуэтт, JP (1 июля 2003 г.). «Наноструктура твердых электролитов и поверхностные электроосаждения». Физика E: Низкоразмерные системы и наноструктуры . 19 (1): 161–166. Бибкод : 2003PhyE...19..161K. дои : 10.1016/S1386-9477(03)00313-8.
  124. ^ «Нанесение протонпроводящих электролитов BCZY радиочастотным распылением» (PDF) .
  125. ^ Ся, Х.; Мэн, Ю.С.; Лай, Миссури; Лу, Л. (2010). «Структурные и электрохимические свойства тонкопленочных электродов LiNi[sub 0,5]Mn[sub 0,5]O[sub 2], полученных методом импульсного лазерного осаждения». Журнал Электрохимического общества . 157 (3): А348. дои : 10.1149/1.3294719.
  126. ^ Май, LQ; Центр.; Чен, В.; Ци, ГГ; Лао, CS; Ян, РС; Дай, Ю.; Ван, ЗЛ (2007). «Литированные наноремни MoO3 со значительно улучшенными характеристиками для литиевых батарей». Передовые материалы . 19 (21): 3712–3716. Бибкод : 2007AdM....19.3712M. дои : 10.1002/adma.200700883. S2CID  33290912.
  127. ^ аб Патил, Арун; Патил, Вайшали; Ук Шин, Дон; Чой, Джи-Вон; Пайк, Донг Су; Юн, Сок-Джин (4 августа 2008 г.). «Проблемы и проблемы, с которыми сталкиваются перезаряжаемые тонкопленочные литиевые батареи». Бюллетень исследования материалов . 43 (8): 1913–1942. doi :10.1016/j.materresbull.2007.08.031.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки