Une équipe de recherche du NIMS a développé une nouvelle system pour imager les joints de grains obstruant la migration des ions lithium dans les batteries à semi-conducteurs, un style prometteur de batterie de nouvelle génération.
Les batteries à semi-conducteurs – les batteries rechargeables de nouvelle génération – sont destinées à être as well as sûres et à avoir des densités d#39énergie furthermore élevées que les batteries lithium-ion conventionnelles en remplaçant les électrolytes organiques liquides par des électrolytes solides. Un problème majeur dans la RD actuelle sur les batteries à semi-conducteurs est l’obstruction de la migration des ions lithium aux interfaces entre les matériaux actifs et les électrolytes solides et aux joints de grains au sein des électrolytes solides. Ces obstructions diminuent les taux de cost/décharge et réduisent la densité énergétique des batteries. Un électrolyte solide est composé de grains cristallins et des frontières entre eux. Les méthodes d#39évaluation de la conductivité ionique existantes n#39étaient capables de mesurer que la conductivité ionique moyenne à travers un électrolyte solide et étaient incapables de quantifier la conductivité ionique aux joints de grains individuels et d#39identifier les limites limitant la migration ionique.
Cette équipe de recherche a réussi à imager et à quantifier la migration/diffusion ionique aux joints de grains individuels au sein d#39un électrolyte solide à l#39aide de la spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS). SIMS permet l#39imagerie de la distribution des éléments chimiques sur un échantillon d#39électrolyte solide en pulvérisant la floor de l#39échantillon avec un faisceau d#39ions primaires focalisé et en collectant et analysant les ions secondaires éjectés. L#39équipe a d#39abord remplacé une partie d#39un isotope steady du lithium, 7Li (nombre de masse : 7, abondance naturelle : 92 %), constituant un échantillon d#39électrolyte par un autre isotope du lithium, 6Li (nombre de masse : 6, abondance naturelle : 8 %), à le bord de l’échantillon à l’aide d’une system d’échange isotopique. L’équipe a ensuite observé la diffusion du 6Li au sein du spécimen à l’aide du SIMS. Parce qu#39il était not possible d#39imager et de quantifier la distribution du 6Li à diffusion rapide à l#39aide du SIMS conventionnel, l#39équipe a considérablement ralenti la diffusion du 6Li en refroidissant l#39échantillon (c#39est-à-dire cryo-SIMS), permettant à l#39équipe de mesurer avec précision la distribution du 6Li et d#39identifier les limites des grains. agissant comme des goulots d’étranglement à la migration ionique.
La strategy cryo-SIMS peut être utilisée pour observer directement la diffusion des ions lithium, identifier les interfaces/limites de grains agissant comme des goulots d#39étranglement parmi les nombreuses interfaces/limites existant dans une batterie à semi-conducteurs et déterminer les will cause de ces obstructions. Cette approche devrait contribuer au développement de batteries à semi-conducteurs in addition performantes.
Cette recherche a été réalisée par une équipe de recherche dirigée par Gen Hasegawa (chercheur postdoctoral, Battery Interface Regulate Team, Exploration Centre for Electrical power and Environmental Elements (Environmentally friendly), NIMS) et Naoaki Kuwata (chercheur principal, Battery Interface Regulate Group, Green, NIMS). ). Ce travail a été soutenu par le programme ALCA-SPRING de JST (numéro de subvention : JPMJAL1301), la subvention d#39aide JSPS pour la recherche scientifique dans les domaines innovants (numéro de subvention : JP19H05814) et la subvention d#39aide JSPS pour la recherche scientifique (B). (numéro d#39octroi : JP21H02033).
