Новое твердое вещество оксихлорида

Исследовательская группа из Университета науки и технологий Китая (USTC) разработала новый тип твердотельного электролита под названием оксихлорид лития-циркония (LZCO). Этот электролит обеспечивает хорошие характеристики и экономичность, что делает его многообещающим вариантом для полностью твердотельных литиевых батарей (ASSLB).

ASSLB привлекли внимание как более безопасная альтернатива традиционным литий-ионным батареям и обладают потенциалом более высокой плотности энергии. Однако разработка высокоэффективных твердотельных электролитов для ASSLB ограничена их высокой стоимостью.

Исследователи решили эту проблему, синтезировав LZCO из доступных соединений, таких как моногидрат гидроксида лития, хлорид лития и хлорид циркония. В результате стоимость LZCO составляет всего 11,60 долларов США за килограмм, что значительно ниже порога коммерциализации в 50 долларов США за килограмм. Он также намного дешевле, чем другие высокопроизводительные твердотельные электролиты, стоимость которых может превышать 190 долларов за килограмм.

Несмотря на низкую стоимость, LZCO обеспечивает впечатляющую производительность. Он демонстрирует ионную проводимость при комнатной температуре до 2,42 мСм · см^-1, что является одним из самых высоких показателей среди всех известных материалов с твердым электролитом. Кроме того, LZCO обладает превосходной сжимаемостью, достигая плотности 94,2% при давлении 300 МПа. Эта сжимаемость превосходит сжимаемость сульфидных и хлоридных твердотельных электролитов, которые обычно имеют плотность ниже 90% при том же давлении.

Экспериментальные результаты показывают, что LZCO работает сравнимо с современными сульфидными и хлоридными твердотельными электролитами. В сочетании со слоистым катодом с высоким содержанием никеля ASSLB с использованием LZCO демонстрирует исключительные характеристики, сохраняя стабильность в течение более 2000 циклов в условиях 12-минутной быстрой зарядки при комнатной температуре.

Разработка этого нового твердотельного электролита представляет собой значительный прорыв с точки зрения производительности и экономической эффективности, приближая коммерциализацию ASSLB к реальности.

Источник: Лв Ху и др., «Экономичный, ионно-проводящий и сжимаемый твердотельный оксихлоридный электролит для стабильных полностью твердотельных литиевых батарей», Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39522-1