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








Павел Воля примет участие в комедийном сериале «Три сестры» с Ларисой Гузеевой и Павлом Деревянко

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

Ана Каспарян поднимает вопросы Геноцида армян, этнических чисток в Арцахе и роли Израиля в конфликте — в откровенном интервью с Такером Карлсоном. ВИДЕО

В Ярославле прошёл Слёт молодёжи Северного филиала компании «ЛокоТех-Сервис»


UFC Abu Dhabi live blog: Shara Bullet vs. Marc-Andre Barriault

Chat log from R20 of 2025: Richmond vs Collingwood

The Great Indian Kapil Show: Raghav Chadha reveals telling Parineeti Chopra to manifest he will never become the PM; says ‘Yeh jo bolti hai wo ulta hota hai’

Weah’s agent: One Juventus director ‘is creating problems’


ТСМ готовит территорию под реконструкцию ростовского участка трассы М-4

Как начать петь. Как начать петь песни. Как начать петь с нуля

Анекдоты недели и украденное лето

Дорога любви: Жасмин представляет романтичный клип на песню «Ты и я»


Quarantine Zone creator reveals 3 reasons the zombie sim went viral on TikTok

Ninja Party можно предзаказать в мобильных маркетах с релизом в конце июля

Fretless — The Wrath of Riffson — музыка спасёт мир. Рецензия

«Если бы у Наруто и AC Shadows был ребёнок»: Разбор англоязычной версии Where Winds Meet



Александр Михайлов (GSOC): «Безопасность IT-экосистемы — это зона нулевого доверия к подрядчикам»

Росгвардия обеспечила безопасность празднования Дня ВМФ и футбольного матча в Москве

Где живут и на чем ездят самые аварийные водители России?

Optima Development: Новый сквер и фитнес-клуб


Пловец из Москвы скончался во время заплыва по Волге в Нижнем Новгороде

В Петрозаводске жених пришел на свадьбу в костюме Дарта Вейдера

Прокуратура: инцидент со сбоем систем "Аэрофлота" в Шереметьево на контроле

В Санкт-Петербурге обсудили внедрение ИИ в разработку и оптимальные корпоративные архитектуры


В Подмосковье питбайкеру едва не отрезало голову натянутой на дороге проволокой

Вы верите, что Станкович доработает до конца сезона?

На МКАД авария затруднила движение авто

Телеведущая Виктория Лопырева опубликовала фото с матерью


Чемпион Универсиады по настольному теннису Сидоренко будет выступать за японский клуб

Калинская повысила свои позиции на 17 мест в рейтинге WTA

Россиянка Калинская уступила канадке Фернандес в финале турнира WTA

Калинская пробилась в полуфинал турнира в Вашингтоне.


В Подмосковье на видео сняли разбитую фуру после жесткого ДТП

Ядерный шантаж

Сбежавший в Дубай блогер Subo обвинён в уходе от налогов и отмывании денег на 50 млн рублей: В России за него отвечают отец и брат

Эксперт Водяной объяснил, почему важно обновлять свои данные


Музыкальные новости

Пресняков назвал главное преимущество Москвы перед Нью-Йорком

Классика лечит: как Моцарт и Бетховен заменяют таблетки

Брендовая сумочка, шикарные букеты и дорогие подарки: старшей дочери Джигана и Самойловой Ариеле исполнилось 14 лет

В мэрии назвали условия присвоения Элджею звания почётного жителя


Александр Михайлов (GSOC): «Безопасность IT-экосистемы — это зона нулевого доверия к подрядчикам»

Где живут и на чем ездят самые аварийные водители России?

Адвокат Гаврилова раскрыла, чего добивается семья Тиммы после его смерти

Росгвардия обеспечила безопасность празднования Дня ВМФ и футбольного матча в Москве


Потерянная библиотека, подземный город и бункер Сталина: какие секреты хранит Кремль

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

Павел Воля примет участие в комедийном сериале «Три сестры» с Ларисой Гузеевой и Павлом Деревянко

Встреча Михаила Мишустина с губернатором Алтайского края Виктором Томенко


НПС построит два велопешеходных моста через Москву-реку

В Кот-д'Ивуаре в результате аварии с участием автобуса и самосвала погибли 16 человек.

Курс на мечту: «Национальная Лотерея» и РОЛЬФ вручили новый автомобиль победителю розыгрыша в честь запуска «Автомобильной лотереи «РОЛЬФ»

Где живут и на чем ездят самые аварийные водители России?


«Подводная лодка, демонтрированная Путину, произвела шок на Западе»

Путин в День ВМФ прибыл на территорию Главного Адмиралтейства в Санкт-Петербурге

СМИ: Путин на этой неделе отправил США ominous сигнал.

Путин поздравил Жапарова с юбилеем подписания декларации о союзничестве.


Приговор экс-руководителю компании по производству вакцин против ковида был смягчен.



Сеть клиник «Будь Здоров» открыла первый травмпункт сети на базе клиники на Сретенке

Вспомнить прошлое. Врач Романов объяснил появление метастазов через годы

Optima Development: Новый сквер и фитнес-клуб

Клиника гнатологии – лечение ВНЧС и восстановление прикуса


Кто заставил Зеленского предложить России новый раунд переговоров: В Британии показали пальцем

Запад ударил Зеленского по самому больному месту – кошельку: Киев показательно лишили 1,5 миллиардов помощи

Зеленский настаивает: встреча с Путиным до конца августа с участием Европы

Киевский режим применил все 18 пакетов санкций ЕС


Росгвардия обеспечила безопасность празднования Дня ВМФ и футбольного матча в Москве

Чемпионат по военно-спортивному многоборью среди росгвардейцев завершился в Грозном

Команда столичного управления МЧС России готовится к участию во Всероссийских соревнованиях по пожарно-спасательному спорту

Чемпионат по военно-спортивному многоборью среди росгвардейцев завершился в Грозном


«Беларусь-1»: Лукашенко дал интервью одному из американских СМИ

Лукашенко получил приглашения от стран Латинской Америки и Азии для визитов.

Лукашенко дал интервью одному из американских СМИ


Сергей Собянин. Главное за день

Сергей Собянин назвал инновационные разработки, которые внедрили в Москве

Собянин: На территории промзоны «Кирпичные улицы» будет создана социнфраструктура

Собянин: Большинство москвичей живет в пешей доступности от парков и скверов


В Феодосии ликвидировали пожар на площади

Почему технологии ПВВК безопасны и эффективны, химия и экология воды по мнению Алексея Горшкова

Самолёт совершил первый прямой авиарейс из Москвы в Пхеньян

Зачем Минприроды Свердловской области планирует организовать полигон отходов на участке, где идёт поиск питьевой воды?


Ядерный шантаж

Сбежавший в Дубай блогер Subo обвинён в уходе от налогов и отмывании денег на 50 млн рублей: В России за него отвечают отец и брат

УК просят разрешить продавать долги граждан за ЖКУ

Прокуратура: инцидент со сбоем систем "Аэрофлота" в Шереметьево на контроле


В Архангельске представили киноальманах «Север, я люблю тебя!» по произведениям современных писателей

70 участников СВО в Архангельске показали мотивацию выше госслужащих — Цыбульский

В музее-заповеднике «Архангельское» пройдут «Jazzовые сезоны»

Александр Цыбульский: "С Архангельской области началась история российского флота"


Сколько пассажиров прибывают в Крым летом на поездах ежедневно

Прогноз погоды в Крыму на 27 июля

К парню с костылем подошли трое с требованием уступить. Он был готов, но заступилась бабушка по соседству

В Крыму из-за дыма от пожара столкнулись девять автомобилей


УК просят разрешить продавать долги граждан за ЖКУ

Вы верите, что Станкович доработает до конца сезона?

В Подмосковье на видео сняли разбитую фуру после жесткого ДТП

Прошла испытания система дистанционной передачи данных для корректировки навигационных карт














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