Ingenieurs van de Universiteit van Maryland hebben een middel ontwikkeld om obstakels bij de ontwikkeling van solid-state batterijen te overwinnen, voornamelijk hoge weerstand en lage capaciteit. Dr. Eric Wachsman, Directeur van het Maryland Energy Innovation Institute en William L. Crentz Centennial Chair in Energy Research, en zijn groep hebben deze barrières doorbroken door de fabricage van een unieke microgestructureerde vaste elektrolytarchitectuur op basis van een gedoteerde Li7La3Zr2O12 (LLZ) keramische Li-geleider. Het artikel waarin deze techniek wordt beschreven, is onlangs gepubliceerd in Materialen vandaag .

Dr. Eric Wachsman, hoofd onderzoeker, dat is genoteerd, "Er is een enorme belangstelling voor solid-state batterijen vanwege hun inherente veiligheid en potentieel voor baanbrekende toename van de energiedichtheid door gebruik van Li-metaalanodes. tot dit werk waren de Li-cycling stroomdichtheden te laag om commercieel haalbare laad- en ontlaadsnelheden te bereiken. Nu dit is bereikt, kan het potentieel van solid-state batterijen eindelijk worden gerealiseerd."

Drielaagse structuren werden geproduceerd door middel van een goedkope, eenvoudig schaalbaar tapecasting-proces. Zonder enige openingen tussen de korrels, de dichte laag is vrij van structurele defecten, het blokkeren van dendritische lithiumgroei die de cel zou kunnen kortsluiten en het vergroten van de mechanische sterkte. De poreus-dicht-poreuze LLZ-drielaagse structuur heeft meerdere functies, wat resulteert in een lage weerstand, mechanisch sterke structuur die in staat is tot lithiumcycli met hoge snelheid.

Dr. Greg Hitz, CTO van ionenopslagsystemen, een batterij start-up bedrijf uit UMD, verklaarde ook, "De uitgebreide ervaring van onze groep als elektrochemici en keramisten heeft geleid tot het drielaagse ontwerp dat volgens ons de ideale configuratie is voor solid-state batterijen van de volgende generatie. De demonstratie van lithiumcycli met hoge snelheid in de drielaagse keramische structuur was de realisatie van onze meerjarige visie en vertegenwoordigt een platform voor lithium-zwavel, gelaagde oxide kathoden, hoogspanningsspinellen, of andere toekomstige batterijchemie."

De techniek heeft de DOE Fast-Charge stroomdichtheidsdoelstelling al overtroffen met een grote oppervlaktecapaciteit per cyclus, wat nooit eerder is aangetoond voor lithiumcycli in vaste elektrolyten. Toekomstig werk zal zich richten op het vergroten van de cumulatieve plaatcapaciteit en de fractie lithium die per cyclus wordt doorgegeven om deze doelen verder te bereiken. Deze resultaten bieden een commercieel haalbare manier om veilige, onbrandbaar, lithiumbatterijen met een hoge specifieke energie en een hoge specifieke dichtheid.