Добавить новость
smi24.net
News in English
Июль
2023

New Design Rule for High-Entropy Superionic Solid-State Conductors

0

Solid electrolytes with high lithium-ion conductivity can be designed for millimeter-thick battery electrodes by increasing the complexity of their composite superionic crystals, report researchers from Tokyo Tech. This new design rule enables the synthesis of high-entropy active materials while preserving their superionic conduction.

As the world transitions towards a greener and more sustainable energy economy, reliance on lithium (Li)-ion batteries is expected to rise. Scientists from across the globe are working towards designing smaller yet efficient batteries that can keep up with the ever-increasing demand for energy storage. In recent years, all-solid-state lithium batteries (ASSLBs) have captured research interest due to their unique use of solid electrolytes instead of conventional liquid ones. Solid electrolytes not only make the battery safer from leakage and fire-related hazards, but also provide superior energy and power characteristics. However, their stiffness results in poor wetting of the cathode surface and a lack of homogenous supply of Li ions to the cathode. This, in turn, leads to a loss of capacity in the solid-state battery. The issue becomes more pronounced in thick battery cathode electrode such as millimeter-thick one, which is a more advantageous electrode configuration for realizing inexpensive and high-energy-density battery package, compared to conventional electrode with typical thickness of < 0.1 mm.

Fortunately, a recent study published in science found a way to overcome this problem. The paper—authored by a team of researchers led by Prof. Ryoji Kanno from Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech)—describes a new strategy to produce solid electrolytes with enhanced Li-ion conductivity. Their work establishes a design rule for synthesizing high-entropy crystals of lithium superionic conductors via the multi-substitution approach.

"Many studies have shown that inorganic ionic conductors tend to show better ion conductivity after multi-element substitution probably because of the flattened potential barrier of Li-ion migration, which is essential for better ion conductivity," points out Prof. Kanno. This was where they started their research. For the design of their new material, the team took inspiration from the chemical compositions of two well-known Li-based solid electrolytes: argyrodite-type (Li6PS5Cl) and LGPS-type (Li10GeP2S12) superionic crystals. They modified the LGPS-type Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3 via multi-substitution and synthesized a series of crystals with composition Li9.54[Si1−δMδ]1.74P1.44S11.1Br0.3O0.6 (M = Ge, Sn; 0 ≤ δ ≤ 1).

The researchers used a crystal with Ge = M and δ = 0.4 as a catholyte in an ASSLB with an 1- or 0.8- millimeter-thick cathode. The former and latter ASSLB exhibited discharge capacities of 26.4 mAh cm−2 at 25 °C (1 mm) and 17.3 mAh cm−2 at −10 °C (0.8 mm), respectively, with the area-specific capacity 1.8 and 5.3 times larger than those reported for previous state-of the-art ASSLBs, respectively. Theoretical calculations suggested that the enhanced conductivity of the solid electrolyte could be a result of the flattening of the energy barrier for ion migration, caused by a small degree of chemical substitution in the above-mentioned crystal.

This study provides a new way for preparing high-entropy solid electrolytes for millimeter-thick electrodes while preserving their superionic conduction pathways. "In effect, the proposed design rule lays a solid groundwork for exploring new superionic conductors with superior charge–discharge performance, even at room temperature," concludes Prof. Kanno.

Reference

Authors :
Yuxiang Li1, Subin Song2, Hanseul Kim2, Kuniharu Nomoto1, Hanvin Kim1, Xueying Sun2, Satoshi Hori1, Kota Suzuki1, Naoki Matsui1, Masaaki Hirayama1,2, Teruyasu Mizoguchi3, Takashi Saito4,5,6, Takashi Kamiyama4,6, and Ryoji Kanno1
Title :
A lithium superionic conductor for millimeter-thick battery electrode
Journal :
Science
DOI :
Affiliations :

1 Research Center for All-Solid-State Battery, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

2 Department of Chemical Science and Engineering, School of Materials and Chemical Technology, Tokyo Institute of Technology

3 Institute of Industrial Science, the University of Tokyo

4 Neutron Science Division (KENS), Institute of Materials Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)

5 Department of Materials Structure Science, School of High Energy Accelerator Science, The Graduate University for Advanced Studies

6 Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) Center, Materials and Life Science Division

Further Information

Professor Ryoji Kanno / Professor Masaki Ikematsu (for inquires)

Research Center for All-Solid-State Battery, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

Email ikematsu@echem.titech.ac.jp
Tel +81-45-924-5401

Contact

Public Relations Division, Tokyo Institute of Technology

Email media@jim.titech.ac.jp
Tel +81-3-5734-2975








118 лет назад, 25 июля 1907 года, Ставропольская психиатрическая больница приняла первых 47 пациентов

В депо «Чита» будет установлен первый цифровой весоизмерительный комплекс системы подачи песка под колесные пары локомотива

Мичков внесен в Книгу знаменитых людей Кунгура, сообщил директор кунгурского музея: «Никаких его трофеев в музее пока нет, к сожалению»

На банкет – в Fish Point Family Resort


Las 'Guerreras del Agua' se dan un baño de bronce en el Mundial de Singapur

Brit Who Fought Usyk Calls For Daniel Dubois To ‘Leave The Sport’ After Staying Down In Rematch

Stanford dropout Sam Altman says college is ‘not working great’ for most people—and predicts major change in the next 18 years

La UFC anuncia un mes de octubre mayúsculo


В Московской области задержан томский предприниматель, укравший 8,5 млн рублей

В Челябинске арестован председатель правления банка "Снежинский"

Monochamus scutellatus

Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего


Brütal Legend is free in honor of Ozzy Osbourne, but only for 666 minutes

'I destroyed months of your work in seconds' says AI coding tool after deleting a devs entire database during a code freeze: 'I panicked instead of thinking'

The dairy industry would like Gen Z to drink more milk, so they made a Fortnite diner tycoon game

Microsoft warns of 'active attacks' on its government and business server tech, with one cybersecurity expert claiming that they should 'assume that you have been compromised'



«Деловые Линии» сократили сроки авиаперевозок по более чем 4400 направлений по России

В Третьяковке на Кадашевской набережной открылся концертный зал

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве


Дом с аркой отремонтируют в Отрадном

В студии Детского радио прошла церемония гашения почтовой марки

Кара небесная: людей какого типа молния поражает смертельным ударом

Несколько автомобилей столкнулись на внешней стороне 92-го км МКАД


Адвокат Грачева заявила, что Седокову хотят привлечь к уголовной ответственности

Обрушившийся потолок забаррикадировал четыре квартиры на востоке Москвы

В Третьяковке на Кадашевской набережной открылся концертный зал

26-27 июля поезда МЦД-2 в ЮВАО будут ходить с большими интервалами


Медведев пробился в четвертьфинал турнира в Вашингтоне

«Следующая остановка — Монреаль!» Потапова полетела в Канаду для участия в «тысячнике»

Винус Уильямс — самая возрастная победительница матча WTA с 2004 года

Винус Уильямс: Если Серена вернется, она даст вам знать


Синоптики спрогнозировали потепление до +29 градусов в Москве 25 июля

В Ярославской области регистрировалось три групповых очага кори

В Третьяковке на Кадашевской набережной открылся концертный зал

Солнечная погода и до 29 градусов тепла ожидаются в Москве 25 июля


Музыкальные новости

Невозможное возможно: две подопечные фонда «Жизнь в Движении» с ограниченными возможностями покорят вершину Эльбруса

Концерт «Шуман. Шуберт. Шопен» покажут на портале мэра Москвы вечером 23 июля

В Петербурге требуют заблокировать сайты, продающие липовые билеты в Мариинку

Певец Стас Пьеха признался, что задумался о прожитой жизни из-за ухода Осборна


По итогам первого полугодия 2025 года предприятия «ЛокоТех-Сервис» отремонтировали более 1 тыс. секций локомотивов сверх плана и повысили качество сервисного обслуживания

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России

В депо «Чита» будет установлен первый цифровой весоизмерительный комплекс системы подачи песка под колесные пары локомотива

Технологии будущего: MGIMO Ventures объявляет старт четвертого сезона акселерационной программы


Квалификационные испытания на право ношения знака отличия полицейского спецназа Росгвардии завершились в Подмосковье (видео)

Okko и ТНТ выпустят драмеди про трёх сестёр «Хай, систерс»

Невозможное возможно: две подопечные фонда «Жизнь в Движении» с ограниченными возможностями покорят вершину Эльбруса

Движение к победе: в России стартует премия «Мы верим твердо в героев спорта»


В столичном главке Росгвардии проведён смотр спецтехники

Несколько автомобилей столкнулись на внешней стороне 92-го км МКАД

На МКАД в Москве произошло массовое ДТП, движение затруднено

В Москве росгвардейцы оказали помощь пострадавшей в ДТП мотоциклистке (видео)


Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

В сентябре Путину будет представлена обновленная программа строительства кораблей для ВМФ.

"Ультиматум Трампа: потенциальные последствия для Путина"

Соболезнования в связи с авиакатастрофой в Амурской области выразили зарубежные лидеры


Депздрав Москвы: новый штамм коронавируса "стратус" фиксируют в Москве с мая

Новый штамм коронавируса "стратус" фиксируют в Москве с мая

Штамм коронавируса "стратус" захватил 22% всех вирусных заболеваний в Москве

Депздрав Москвы оценил ситуацию с распространением нового штамма коронавируса



Utrace запускает услугу по валидации IT-систем для фармацевтического рынка

Фитнес-марафоны на паузе: суд продлил домашний арест блогеру Лерчек

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

Новый штамм коронавируса "стратус" фиксируют в Москве с мая


Британский журналист: Зеленский - мелкий жулик и крыса, которому «недолго осталось» в этом мире


«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России

Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего

Две трети россиян считают, что спортсмены зарабатывают слишком много

"Монсон о спортсменах, которые меняют гражданство в сложный период для России"


Лукашенко поделился мнением о самой идеальной профессии.

Лукашенко заявил, что в Белоруссии «на всякий случай» готовятся к войне

Лукашенко посоветовал не злить его и не допускать падежа в животноводстве

Лукашенко с иронией отнесся к санкциям, запрещающим ему въезд в Эстонию


Сергей Собянин осмотрел Дом-музей Федора Конюхова

Сергей Собянин. Главное за день

Мэр Москвы: Улучшим транспортную доступность Южного и Северного Бутова

Собянин: Около 10 тыс. москвичей начали переселение по реновации этим летом


В центре внимания: CorpSoft24 вошел в рейтинг крупнейших ИТ-компаний России

Исследование выявило снижение инвестиций в экологически чистую энергетику США.

Бурмистров: лисы могут появляться на улицах Москвы в период расселения

6 лет вместе. В Москве пройдет выставка, посвященная пандам Жуи и Диндин


26-27 июля поезда МЦД-2 в ЮВАО будут ходить с большими интервалами

Синоптики спрогнозировали потепление до +29 градусов в Москве 25 июля

Никто не пришел на похороны Егоровой, которая 21 год встречалась с Мироновым

Блогер Сатир о судах с «Орлом и решкой» из-за Ивлеевой и романе с Кищук


70 участников СВО в Архангельске показали мотивацию выше госслужащих — Цыбульский

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

Настольный термотрансферный принтер штрих-кодов iDPRT iE4P

В Нарьян-Маре из-за холодов возобновили подачу отопления в дома


В Симферополе на базе «Клинического госпиталя для ветеранов войн» функционирует гериатрический центр для пожилых людей с возрастными нарушениями

Лавандовое поле горит в Симферопольском районе Крыма

Россияне выбирают Крым для отдыха с детьми – названы города-лидеры

Прогноз погоды в Крыму на 25 июля


26-27 июля поезда МЦД-2 в ЮВАО будут ходить с большими интервалами

В Третьяковке на Кадашевской набережной открылся концертный зал

В Ростовской области обломки БПЛА привели к задержке 10 пассажирских поездов

Обрушившийся потолок забаррикадировал четыре квартиры на востоке Москвы














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *