Kobayashi Nari (3 학년 박사 과정)와 도쿄 기술 연구소 대학원의 Ichisugi Taro 교수는 Tokyo 대학의 Elvis F Arguelles, Watanabe Satoshi 교수 및 Hakusa Tetsuro와 협력하고 있습니다 Yamagata University의 Kasamatsu Hidesuke모든 고체 바카라 커뮤니티(1)소프트 전해질(2) 및 전극에 의해 형성된 인터페이스의 저항 (인터페이스 저항)은 대기 수증기에 의해 크게 증가하여 바카라 커뮤니티 성능을 저하시킨다 또한, 열처리를 수행함으로써 증가 된 계면 저항이 1/10 이하로 감소 될 수 있으며, 공기 또는 수증기에 전혀 노출되지 않고 제조 된 바카라 커뮤니티와 동일한 저항으로 개선 될 수 있음이 입증되었다 다시 말해, 우리는 열처리만으로 모든 고체 상태 바카라 커뮤니티의 성능을 크게 향상시키는 기술을 개발했습니다
빠른 충전 및 높은 안전성을 제공 할 것으로 예상되는 모든 고체 상태 바카라 커뮤니티를 사용할 수 있습니다리튬 이온 바카라 커뮤니티8800_8896
이 연구에 따르면 모든 고체 상태 바카라 커뮤니티에 사용 된 전극은 대기에서 수분으로부터 유래 된 양성자의 침입으로 인해 크게 악화되어 바카라 커뮤니티 성능이 악화 된 것으로 나타났습니다 그러나, 열처리에 의해 감소 된 성능이 상당히 개선 된 것으로 밝혀졌다 그 메커니즘은 이온의 움직임을 방지합니다양성자(4)는 다각적 인 분석 및 계산을 통해 공개되었습니다
이 성과는 모든 솔리드 스테이트 바카라 커뮤니티의 실제 적용에 크게 기여합니다 이 연구 결과는 2022 년 1 월 6 일 (미국 시간)에 발표 될 예정입니다
ACS 응용 재료 및 인터페이스"의 기사로 실 렸습니다
전기 자동차가 개발되고 실질적으로 사용됨에 따라 설치된 바카라 커뮤니티의 성능이 훨씬 높아야합니다 가장 중요한 점은 안전과 빠른 충전 특성입니다
바카라 커뮤니티는 전극 (양의 전극/음극)과 전해질로 구성됩니다 기존 바카라 커뮤니티의 전해질은 종종 가연성 액체이기 때문에 화상이 어려운 고체 전해질을 사용하는 모든 고형 상태 바카라 커뮤니티에 대한 희망 수준이 높습니다
전기 자동차의 유용성을 고려할 때, 모든 고체 상태 바카라 커뮤니티는 고속으로 충전 할 수 있어야합니다 이온이 전극과 전해질과 전하 사이의 인터페이스 (인터페이스)를 통과하기 때문에 인터페이스에서 이온의 빠른 이동 (낮은 인터페이스 저항)은 빠른 충전에 중요한 문제입니다 그러나 많은 전극 재료는 대기 및 변화에서 가스와 반응하며 실제 상황은 바카라 커뮤니티가 조립되고 작동되면 계면 저항이 높다는 것입니다
위의 관점에서, 계면 저항이 증가하는 메커니즘을 밝히고 고형 상태 바카라 커뮤니티의 개발과 병렬로 저항을 줄이는 방법을 찾는 것이 모든 고형 상태 바카라 커뮤니티를 실제 적용하는 것이 매우 중요합니다
Kazusugi 교수와 다른 사람들은 이전에 계면에서의 원자 배열의 규칙 성이 계면 저항에 영향을 미치며 전극의 분해 메커니즘과 개선 방법의 개발에 대한 상세한 조사를 수행하고 있음을 밝혔습니다
처음에, 우리는 대기의 어떤 구성 요소가 전극의 열화를 유발하고 박막 바카라 커뮤니티를 사용하여 계면 저항을 증가시킨다 Li3po4소프트 전해질 및 LICOO2전극 인터페이스를 사용하여 얇은 필름 모든 고체 상태 바카라 커뮤니티를 제조 할 때 전극 표면은 대기, 산소, 질소, 수소 및 수증기의 5 가지 유형의 가스에 노출되었으며 바카라 커뮤니티 성능에 미치는 영향이 조사되었습니다 산소, 질소 또는 수소에 노출되면 바카라 커뮤니티 성능의 악화가 관찰되지 않았지만 공기 및 수증기에 노출되면 계면 저항이 노출되기 전에 10 배 이상 증가했습니다 특히, 수증기에 노출 될 때, 전극은 매우 심각하게 악화되었고 바카라 커뮤니티 성능의 현저한 감소가 관찰되었다 (도 1A)
다음으로, 우리는 바카라 커뮤니티 성능 감소를 개선하는 방법을 조사하고 개발했습니다 수증기에 의해 악화 된 전극을 사용하여 바카라 커뮤니티를 제조하고 작동 1 시간 동안 열 처리 (150 ℃)를 사용하여 바카라 커뮤니티 작동 특성을 크게 향상시키는 것으로 밝혀졌다 (도 1B) 또한 계면 저항의 크기는 103 ωcm2| 열처리 전 1/10 이하로 제품을 성공적으로 감소시켰다 이 값은 공기 또는 수증기에 전혀 노출되지 않고 생성 된 깨끗한 인터페이스의 저항 값 (109 ωcm)입니다2)와 같은 크기입니다 반면에, 바카라 커뮤니티가 조립되기 전에 가열되면 바카라 커뮤니티 성능이 낮아졌습니다 즉, 음의 전극을 형성하고 바카라 커뮤니티를 완전히 가열하는 것이 중요하다는 것이 밝혀졌습니다
이 열처리에 의해 바카라 커뮤니티 특성을 개선하는 메커니즘을 명확히하기 위해, 우리는 인터페이스의 나노 미터를 사용하여 싱크로트론 방사선을 사용하여 나노 미터의 결정 구조 및 원소 조성을 분석했습니다첫 번째 원칙 계산(5)는 여러 각도에서 인터페이스에서 양성자와 리튬의 거동을 평가하는 데 사용되었습니다 전극 표면에 수증기에 노출되면 전극의 결정 구조를 방해하지 않고 양성자가 전극에 침투하는 것으로 밝혀졌다 (도 2A) 계면 저항의 증가는 계면 Li 이온 수송의 억제에 의해 야기된다고 생각된다 그런 다음 바카라 커뮤니티를 가열함으로써 양성자가 자발적으로 고체 전해질로 이동하여 정상적인 계면으로 회복되는 것으로 밝혀졌다 (도 2b)
그림 1 제조 된 모든 고체 박막 바카라 커뮤니티의 작동 특성 (a) 전극의 표면이 수증기에 노출되는 바카라 커뮤니티에서는 거의 전류 흐름이 없으며 바카라 커뮤니티 반응이 발생하지 않습니다 (b) 열처리를 거친 바카라 커뮤니티에서 큰 전류 피크가 관찰되었으며 바카라 커뮤니티 반응이 우수합니다
그림 2 인터페이스에서의 이온 전송 아래 다이어그램은 인터페이스 근처의 양의 전극을 보여줍니다 (a) licoo2양성 전극 표면의 물 (H2O) 분자 adsorb 및 양성자 (H+)는 양의 전극 내부로 확산됩니다 (저하 상태) (b) 고체 전해질과 음성 전극이 양극 전극 상에 결합되는 바카라 커뮤니티 구조에서 열처리가 수행 될 때, 침입 양성자는 고체 전해질로 탈착하여 정상적인 계면으로 돌아갑니다
이번에는 고체 전해질과 모든 고형 상태 바카라 커뮤니티의 전극에 의해 형성된 인터페이스가 증가하는 메커니즘을 밝히는 방법을 성공적으로 개발하여 바카라 커뮤니티 성능의 악화와 개선 방법을 개발했습니다 대기와 수증기에서 양성자의 licoo2전극 내부로의 침입으로 인해 계면 저항이 증가하지만 가열 처리에 의해 양성자는 고체 전해질이됩니다 (Li3po4)에 의해 제거 된 것으로 밝혀졌으며 그 성능은 복원 될 것입니다 이 연구에 나와있는 인터페이스 저항의 기원의 설명 및 제어는 모든 고체 상태 바카라 커뮤니티의 성능을 더욱 향상시키기위한 주요 단계로 간주됩니다 앞으로 바카라 커뮤니티 특성을 더욱 향상시킬 인터페이스 설계 지침이 구성 될 것으로 예상됩니다
이 연구는 일본 과학 기술 기관 (JST) 전략적 창조적 인 연구 촉진 프로젝트 (CREST) 연구 주제 "계면 대기업 공간 제어를 통한 초고 효율성 전자 장치 만들기"및 과학 연구를위한 과학 홍보 (JSPS) 보조금 협회의 지원으로 수행되었습니다
게시 된 잡지 :ACS 응용 재료 및 인터페이스
용지 제목 : 바카라 커뮤니티 형태의 어닐링을 통한 고체 전해질 - 전극 인터페이스 저항의 급격한 감소
저자 : Shigeru Kobayashi, Elvis F Arguelles, Tetsuroh Shirasawa, Shusuke Kasamatsu, Koji Shimizu, Kazunori Nishio, Yuki Watanabe, Yusuke Kubota, Ryota Shimizu, Satoshi Watanabe,
doi : 101021/acsami1c17945