Kald sintring løser batteriutfordring
En metode med lav temperatur for å skape tryggere, høyytelses-solid-state-batterier, og potensielt transformere energilagring i alt fra smarttelefoner til elektriske kjøretøyer.
I et lovende sprang for neste generasjons energilagring, fremmer forskere i Penn State solid-state batteriteknologi som kan erstatte de tradisjonelle-og ofte farlige-litium-ion-batterier som finnes i telefoner, bærbare datamaskiner og elektriske kjøretøyer.
Teamet, ledet av Hongtao Sun, assisterende professor i industriell og produksjonsteknikk, fokuserer på solid-state elektrolytter (SSE), som erstatter de brennbare flytende elektrolyttene i konvensjonelle batterier.SSE -er tilbyr overlegen termisk stabilitet og sikkerhet, men historisk sett har de vært vanskelige å produsere på grunn av høye prosesseringstemperaturer og dårlig konduktivitet.
For å løse dette benyttet Suns team en teknikk kjent som kald sintring-en lav temperaturprosess som komprimerer keramiske pulver i tette former ved bruk av trykk og en liten mengde løsningsmiddel.Denne metoden gjorde det mulig for forskerne å lage en ny keramisk-polymerkompositt SSE kalt LATP-PILG, og kombinerer den høye konduktiviteten til en poly-ionisk flytende gel (PILG) med stabiliteten til keramisk LATP."Tradisjonell sintring krever temperaturer nær 1000 ° C," forklarte Sun, "men kald sintring lar oss holde den til rundt 150 ° C. Det er lavt til å bevare polymerkomponentene mens de forteller keramikken."
En stor innovasjon ligger i hvordan teamet taklet ionetransportproblemer.Normalt hindrer korngrenser i keramiske materialer konduktivitet.Men ved å integrere PILG i korngrensene, skapte de konstruerte veier som forbedrer ionisk bevegelse og reduserer energitapet.Den resulterende kompositt SSE kan ikke bare skilte med høye romtemperatur konduktivitet, men støtter også et bredere spenningsvindu (0 til 5,5 volt), sammenlignet med 0 til 4 volt som er typiske for flytende elektrolytter.Dette betyr at batteriene kan bruke høyspenningskatoder og levere mer energi.
Når vi ser fremover, ser Sun for seg brede applikasjoner for kald sintring utover batterier - til halvlederproduksjon og generell keramikkbehandling."Vårt neste trinn er å utvikle en bærekraftig, skalerbar produksjonsmodell," sa han."Det er her fremtiden til denne teknologien ligger."