在石榴基固态电池中实现丰富氧化物阴极的高容量和高稳定性

科学领域:

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背景情况:

• 固态电池 (SSB) 提供高能量密度和安全性.
• 丰富的Mn基氧化物 (LRMO) 阴极是有希望的,但面临的界面不稳定性.
• 开发稳定和高性能SSB对于下一代能源存储至关重要.

研究的目的:

• 设计一种新的阳极,以克服基于LRMO的SSB的接口挑战.
• 构建和评估一个高性能SSB使用无C0LRMO阴极和LLZTO固体电解质.
• 调查新阳极对电化学性能和接口特性的影响.

主要方法:

• 制造一个三维泡结构的GaN-Li复合体阳极.
• 采用无Co Li_1.2 Ni_0.2 Mn_0.6 O₂ 阴极和 Li_6.5 La₃ Zr_1.5 Ta_0.5 O₁₂ (LLZTO) 固体电解质的SSB组装.
• 电化学测试,包括循环稳定性,速率能力和界面电阻测量.

主要成果:

• 将界面电阻降低到1.53 Ω cm2.
• 对称细胞的稳定循环超过1万小时.
• 高初始容量 (245 mAh g^{-1 在0.1 C) 和没有容量退化后200个周期在0.2 C.}
• 显著抑制了电压衰变 (从2.96 mV/周期到0.66 mV/周期).
• 优异的速率能力 (170 mAh-1g在1°C) 和增强的氧离子氧化还原可逆性.

结论:

• 3D泡结构的GaN-Li复合阳极有效地提高了LRMO基础SSB的界面稳定性和电化学性能.
• 这一战略使得开发高能量密度和安全的SSB成为可能.
• 这些发现为推进SSB技术提供了新的途径.