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准备好迎接能量存储、计算领域的新领域了吗?

要了解电子陶瓷领域的发展方向,您必须从小处着眼——非常小,厚度只有几百纳米。

微型陶瓷已经发挥了关键作用在计算机、智能手机、汽车电子控制和传感器、电视和医疗设备等常见产品的功能中发挥着重要作用。

但新的、更小尺寸的陶瓷薄膜注定会产生更大的影响。除了刚才提到的电子产品之外,它们还可以用于各种不同的应用,包括通过固态电池的替代能源存储和太阳能到合成燃料的转换,以及用于神经形态计算、人工智能和跟踪的新型设备环境中的化学物质。

为这些新应用开发更小尺寸的陶瓷薄膜需要克服几个重大障碍。例如,固态电池的大规模集成有待发展。最终能够在尽可能低的加工温度下组装电池材料,同时保持锂的高传导性。然而,事实证明,集成陶瓷薄膜电解质同时在低加工温度下保持高锂浓度和导电性非常具有挑战性。

我们实验室一直致力于解决这个问题,最近开发了一种创新方法来生产一种富含锂的陶瓷薄膜,厚度仅为 330 纳米左右。在这里,我们报告了一种替代的陶瓷加工策略,即通过直接在锂-石榴石薄膜中建立锂储层的多层发展,允许在异常低的加工温度下制备锂化和快速导电的立方固态电池电解质。

该技术可将加工温度降低数百度,同时生成高浓度锂的陶瓷薄膜。新材料保持高水平的导电性。这我们生产的陶瓷薄膜显示出锂基电解质化合物最快的离子电导率。为此,通过多层加工方法加工的锂-石榴石薄膜表现出最快的离子电导率 2.9 ± 0.05 × 10-5 S cm-1(在室温下)和所需的立方相,但在加工温度降低了400 °C。

这种方法使未来的固态电池架构能够通过设计为阴极体积留出更多空间,并降低加工温度。

需要进行更多的测试,但我们希望这种新的加工方法能够开发出更薄的固体陶瓷电解质,进而改进电动汽车电池。

替代用作电解质的易燃液体有机溶剂在传统的锂电池中,使用不易燃的固体陶瓷电解质会使电池更安全。另外,一个CE陶瓷电解质可以使电动汽车电池更轻、充电更快、续航时间更长、更耐用。

除了电动汽车电池的应用之外,这种新的陶瓷薄膜加工技术还可以用于其他锂-丰富的固态材料可用于触发电化学过程。我特别感兴趣的是用于存储和转换能量、计算信息或感测二氧化碳或各种环境污染物的设备的纳米制造结构和小型系统结构。

随着我们的发展,此类应用将变得越来越重要向低碳能源未来过渡。

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