Ingenjörer vid University of Maryland har utvecklat ett sätt att övervinna hinder i utvecklingen av solid-state batterier, i första hand högt motstånd och låg kapacitet. Dr Eric Wachsman, Direktör för Maryland Energy Innovation Institute och William L. Crentz Centennial ordförande i energiforskning, och hans grupp har brutit dessa hinder genom tillverkningen av en unikt mikrostrukturerad solid elektrolytarkitektur baserad på en dopad Li7La3Zr2O12 (LLZ) keramisk Li-konduktör. Tidningen som beskriver denna teknik publicerades nyligen i Material idag .

Dr Eric Wachsman, ledande forskare, noterade, "Det har funnits ett enormt intresse för solid-state-batterier på grund av deras inneboende säkerhet och potential för speländrande ökning av energitätheten genom användning av Li-metallanoder. Men tills detta arbete var Li-cykelströmtätheten för låg för att uppnå kommersiellt livskraftiga laddnings- och urladdningshastigheter. Nu när detta har uppnåtts kan potentialen för solid state-batterier äntligen realiseras."

Treskiktsstrukturer producerades genom en låg kostnad, lätt skalbar tapecastingprocess. Utan några mellanrum mellan korn, det täta lagret är fritt från strukturella defekter, blockerar dendritisk litiumtillväxt som kan kortsluta cellen och öka den mekaniska styrkan. Den porösa-täta-porösa LLZ-treskiktsstrukturen har flera funktioner, vilket resulterar i ett lågt motstånd, mekaniskt stark struktur som kan litiumcykla med hög hastighet.

Dr Greg Hitz, CTO för Ion Storage Systems, ett batteristartat företag från UMD, angav också, "Vår grupps omfattande erfarenhet som elektrokemister och keramiker ledde till trilagerdesignen som vi anser är den perfekta konfigurationen för nästa generations solid-state-batterier. Demonstrationen av högfrekvent litiumcykling i den trilagerade keramiska strukturen var förverkligandet av vår fleråriga vision och representerar en plattform för litium-svavel, skiktade oxidkatoder, högspänningsspineller, eller andra framtida batterikemi."

Tekniken har redan överträffat DOE Fast-Charge strömtäthetsmål med en stor arealkapacitet per cykel, som aldrig tidigare har visats för litiumcykling i fasta elektrolyter. Framtida arbete kommer att fokusera på att öka den kumulativa pläteringskapaciteten och andelen litium som passerar per cykel för att ytterligare uppnå dessa mål. Dessa resultat erbjuder ett kommersiellt gångbart sätt att producera säkra, icke brännbart, litiumbatterier med hög specifik energi och hög specifik densitet.