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平铺纳米尺寸片状模块制备的亚微米厚度β-Li3PS4固体电解质膜

固态锂电池中, 作为离子传输介质和分隔材料的固体电解质起着至关重要的作用。厚的电解质层会增加电池的体积/质量,而降低电池的功率和能量密度,更关键的是它会限制充放电过程中的电流密度,影响电池充放电时间。制备薄的电解质膜是非常渴望的,但是也具有很大的挑战性。常规的薄膜技术包括磁控溅射法,原子层沉积法或脉冲激光沉积法等,不仅需要昂贵和耗时的超高真空条件,而且也非常困难精地确控制电解质薄层保持均匀的成分,尤其是对于易挥发的Li,P,和S元素。

平铺纳米尺寸片状模块制备的亚微米厚度β-Li3PS4固体电解质膜

为了解决这一问题,美国乔治亚理工大学夏幼南教授、橡树岭国家实验室的迟妙方梁成都研究员合作提出了一种新的策略,利用平铺纳米尺寸的形状可控的模块来制备超薄固态电解质膜的方法。在前期工作的基础上,实现了对纳米尺寸的β-Li3PS4片的形状可控,并利用生成的纳米片作为模块平铺形成亚微米厚度的固体电解质膜。这种方法提供了调节不同厚度的电解质膜的灵活性,并首次制备出了低于0.5微米的超薄β-Li3PS4固体电解质膜。此外,超薄β-Li3PS4电解质膜还具有其他的优点,如高的离子导电性,低的活化能,以及和锂电极的稳定性等。这项新的基于溶液化学法,利用纳米片平铺形成亚微米厚的薄层的策略,提供了灵活控制不同厚度超薄固体电解质膜的可能性,具有为下一代储能和能量转换系统来制备高离子导电性的超薄和致密的固体电解质膜的可行性战略意义。

相关论文“Fabrication of Sub-Micrometer-Thick Solid Electrolyte Membranes of β-Li3PS4 via Tiled Assembly of Nanoscale, Plate-Like Building Blocks” 在线发表在Advanced Energy Materials 上(DOI: 10.1002/aenm.201800014)。(文章共同一作作者:Zachary Hood现为美国麻省理工大学(MIT)博士后,王慧现为美国路易威尔大学机械系助理教授)。

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