鋰固態電解質界面之電雙層效果評估新手法

 

刊登日期:2021/9/23
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東京理科大學與日本物質材料研究機構(WPI-MANA)共同開發了一項利用場效電晶體(Field-effect Transistor)機制與化學上非活性之鑽石的特徵,透過電洞量測對固態電解質界面的電雙層電荷進行評估的新手法,並成功地進行了過去難以實現的鋰固態電解質界面之電雙層效果的定量評估。

研究團隊對含有不同元素的2種鋰固態電解質進行了界面的調查,結果發現鋰固態電解質A(Li-Si-Zr-O)因電雙層效果,促使鑽石表面的電洞密度產生3位數的顯著變化,而鋰固態電解質B(Li-La-Ti-O)則未觀察到變化。此現象顯示固態電解質A的界面因產生電雙層效果,電洞注入鑽石這一側;而固態電解質B則是內部形成電荷補償(Charge Compensation    )所致。此外,透過在界面附近插入奈米薄膜的實驗,確認電雙層的動作是受到界面5 nm極薄範圍內的電解質組成所支配。

研究團隊也對固態電解質B未因電雙層效果而產生電洞密度變化的機制進行了調查,發現電解質內部的鈦(Ti)產生了氧化數(Oxidation Number)的變化。由此可知,固態電解質B內部的電荷補償係由鈦的氧化還原反應而形成。透過此次的研究成果,確認可利用新手法檢測、評估固態電解質的電雙層效果,且藉此能瞭解電雙層的動作會因為鋰固態電解質所含元素的不同而有所差異,以及透過控制界面附近的電解質組成,即可廣範圍地控制電雙層效果。今後研究團隊計畫將研究成果應用於含有各種元素的電解質材料,進行電雙層動作的調查。此外,透過電池的界面電阻比較,將可望藉由降低界面電阻實現高功率之次世代電池的開發。


資料來源: https://www.tus.ac.jp/today/archive/20210811_1015.html
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