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Le frittage froid résout la batterie Challenge
Une méthode à basse température pour créer des batteries à l'état solide plus sûr et haute performance, transformant potentiellement le stockage d'énergie dans tout, des smartphones aux véhicules électriques.
Dans un bond prometteur pour le stockage d'énergie de nouvelle génération, les chercheurs de Penn State font progresser la technologie des batteries à semi-conducteurs qui pourraient remplacer les batteries traditionnelles et souvent dangereuses - d'ion de lithium trouvées dans les téléphones, les ordinateurs portables et les véhicules électriques.
L'équipe, dirigée par Hongtao Sun, professeur adjoint d'ingénierie industrielle et manufacturière, se concentre sur les électrolytes à semi-conducteurs (SSE), qui remplacent les électrolytes liquides inflammables dans les batteries conventionnelles.Les SSE offrent une stabilité thermique et une sécurité supérieures, mais historiquement, ils ont été difficiles à produire en raison de températures de traitement élevées et d'une mauvaise conductivité.
Pour résoudre ce problème, l'équipe de Sun a utilisé une technique connue sous le nom de frittage froid - un processus à basse température qui comprime les poudres en céramique sous des formes denses en utilisant une pression et une petite quantité de solvant.Cette méthode a permis aux chercheurs de créer un nouveau SSE composite en polymère céramique appelé LATP-PILG, combinant la haute conductivité d'un gel liquide poly-ionique (PILG) avec la stabilité du LATP en céramique."Le frittage traditionnel nécessite des températures proches de 1 000 ° C", a expliqué Sun, "mais le frittage froid nous permet de le maintenir à environ 150 ° C. c'est suffisamment bas pour préserver les composants du polymère tout en densifiant la céramique."
Une innovation majeure réside dans la façon dont l'équipe a abordé les problèmes de transport d'ions.Normalement, les joints de grains dans les matériaux en céramique entravent la conductivité.Mais en intégrant PILG dans les joints de grains, ils ont créé des voies d'ingénierie qui améliorent les mouvements ioniques et réduisent la perte d'énergie.Le SSE composite résultant bénéficie non seulement d'une conductivité à température ambiante élevée, mais prend également en charge une fenêtre de tension plus large (0 à 5,5 volts), par rapport aux 0 à 4 volts typiques des électrolytes liquides.Cela signifie que les batteries peuvent utiliser des cathodes à haute tension et fournir plus d'énergie.
Pour l'avenir, Sun envisage des applications générales de frittage froid au-delà des batteries - dans la fabrication de semi-conducteurs et le traitement général des céramiques."Notre prochaine étape consiste à développer un modèle de production durable et évolutif", a-t-il déclaré."C'est là que réside l'avenir de cette technologie."