高レート・高負荷型全固体リチウム硫黄電池を実現する調整可能な酸化還元活性カソード電解質

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• エネルギー貯蔵

背景:

• 全固体リチウム硫黄電池（ASSLSB）は高い理論容量を提供しますが、速度論の遅さとイオン伝導率の低さといった課題に直面しています。
• サイクル中の体積変化と複合カソードにおけるイオン浸潤の制限は、ASSLSBの実用化を妨げています。

研究 の 目的:

• ASSLSBのイオン伝導率と電気化学的活性を改善した新しい固体電解質を開発すること。
• Li-Si-P-S固体電解質の特性と性能に対するヨウ素導入の影響を調査すること。

主な方法:

• ヨウ素含有量（x = 0, 0.2, 0.4）を変化させたLi_10.5-xSi_1.5P_1.5S_12-xI_x固体電解質の合成。
• 合成された電解質のイオン伝導率、相組成、および電気化学的挙動の特性評価。
• 新しい電解質をカソード電解質として利用したASSLSBの作製と試験。

主要な成果:

• 高いイオン伝導率（≥ 7 mS cm^-1）を持つ固体電解質を達成しました。
• ヨウ素含有量の増加は、相組成と可逆的な酸化還元活性を変化させ、硫黄変換速度論を強化しました。
• ASSLSBは、高い硫黄利用率（C/2で86%）、優れたレート能力（5Cで1175 mAh g_sulfur^-1）、および記録的な面積容量（14 mAh cm^-2）を示しました。

結論:

• 開発された酸化還元活性カソード電解質は、イオン浸潤と硫黄変換速度論を強化することにより、ASSLSBの性能を大幅に向上させます。
• ヨウ素は、酸化還元活性を媒介し、高性能ASSLSBを可能にする上で重要な役割を果たします。
• これらの発見は、次世代エネルギー貯蔵デバイスのための高度な固体電解質の設計に新しい戦略を提供します。