Группа исследователей из Технологического университета Тоёхаси и Университета Осаки разработала новый метод жидкофазного синтеза для создания твёрдого электролита на основе сульфида Li10GeP2S12, который демонстрирует практическую ионную проводимость при комнатной температуре. Этот прорыв может привести к созданию более безопасных и эффективных батарей следующего поколения для электромобилей (ЭМ).
Твёрдые электролиты на основе сульфидов, такие как Li10GeP2S12, считаются перспективными материалами для батарей следующего поколения благодаря их высокой безопасности и выходным характеристикам. Однако их нестабильность и необходимость синтеза без контакта с воздухом делают разработку недорогого метода жидкофазного синтеза, пригодного для массового производства, критически важной.
Источник: DALL-E
Исследовательская группа оптимизировала процесс термической обработки, сократив общее время синтеза с примерно трёх дней до 7,5 часов. Синтезированный растворный метод Li10GeP2S12 продемонстрировал уникальные электрохимические свойства по сравнению с образцами, синтезированными в шаровой мельнице, такие как малый размер частиц с высоким сопротивлением границ зёрен и поверхностный слой из органического растворителя, который является высокостабильным по отношению к анодам Li-In.
Для улучшения ионной проводимости были исследованы различные материалы для термообработки, обнаружив, что Ti даёт проводимость при комнатной температуре 5,5 мСм/см. Однако этот показатель был ниже, чем у образцов, синтезированных в шаровой мельнице. Чтобы выяснить причины, исследователи сравнили электрохимические свойства синтезированного в шаровой мельнице и синтезированного в растворе образца Li10GeP2S12.
Сравнение синтезированного в растворе и синтезированного Li10GeP2 S12 Источник: Toyohashi University Of Technology
Результаты показали, что более низкая ионная проводимость синтезированного в растворе образца была связана с более высоким сопротивлением границ зерён из-за меньшего размера частиц. Однако синтезированный в растворе образец продемонстрировал более высокую стабильность интерфейса между Li-In и Li10GeP2 S12, что было связано с наличием поверхностного слоя частиц, полученного из органического растворителя.
Это исследование подчёркивает важность состояния поверхности частиц, которое ранее не рассматривалось в исследованиях твёрдых электролитов на основе сульфидов. В будущем исследователи планируют расширить этот подход для синтеза других твёрдых электролитов на основе сульфидов, стремясь к более высокой ионной проводимости и улучшенной стабильности анода. Результаты исследования были опубликованы в ACS Applied Energy Materials.