Ga-Sn-Flüssigmetalllegierungen (LMAs) als Anoden für Li-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte in festem Zustand

Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer neuartigen hybriden Flüssigmetall-Legierungsanode für Lithium-Ionen-Batterien in festem Zustand (ASSLiBs) unter Verwendung von Ga-Sn oder anderen p-Block-Elementen mit Kohlenstofftr?ger. Der Grund dafür sind die Einschr?nkungen herk?mmlicher Li-Metall-Anoden, die unter einer hohen Reaktivit?t mit Festelektrolyten (SEs), Dendritenbildung und einer instabilen Grenzfl?che leiden, was zu einer Verschlechterung und einem Ausfall der Batterie führt. Legierungselektroden wie Si und Sn bieten zwar eine hohe Kapazit?t, unterliegen aber einer erheblichen Volumenexpansion (~400% für Si), was zu mechanischer Instabilit?t und schlechter Zyklenleistung führt.
Die vorgeschlagene Ga-Sn-Anode soll diese Probleme l?sen, indem sie die Selbstheilungskr?fte von Ga nutzt, die die Volumenausdehnung abschw?chen und die Bildung von Dendriten verhindern k?nnen. Im Rahmen des Projekts werden die Li+-Speichermechanismen, die Stabilit?t der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfl?che und die Phasen?nderungen in Festk?rperkonfigurationen untersucht. Li6PS5Cl wird aufgrund seiner hohen ionischen Leitf?higkeit (10-? bis 10-? S cm-?) als SE dienen. Elektrochemische Verfahren wie galvanostatische Ladungsentladung, zyklische Voltammetrie und elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) werden die Leistung bewerten, w?hrend in-situ/ex-situ XRD- und Synchrotronstudien strukturelle Ver?nderungen untersuchen werden.
Zur weiteren Verbesserung der Grenzfl?chenstabilit?t wird ein Li+-leitendes kovalentes organisches Gerüst (COF) oder ein wasserstofforganisches Gerüst (HOF) an der Anoden-SE-Grenzfl?che eingeführt, und die Li enthaltende NbO2-Beschichtung wird auf die LiNiMnO2 (NMO)-Kathode aufgebracht.