全固態電池：了解鋰離子的運動！
-對應於電荷曲線和鋰離子分佈的能量譜-
理研
光量子工程研究中心
日本原子能機構
中子材料分析研究部
國際聯合研究組：
我們成功地捕捉到了鋰離子在充電過程中在全固態電池 [1] 中的運動。
至今，
“實時捕捉鋰離子的運動”是不可能的。
“全固態器件運行期間的定量分析方法”受到限制。
研究結果：
在這項研究中，薄膜全固態電池用於捕捉鋰離子的運動。
該方法還可以分析厚度達 30 μm 的較厚樣品。
由於入射光束是熱中子，
對於具有正面和背面的樣品，“可以在沒有太大差異的情況下進行測量”。
市售和全固態電池分析：
例如，
厚度為150μm的固體電解質和厚度為20μm的正負極，
還可以分析全固態電池樣品。
未來，我們將開發接近市售產品的全固態電池的分析。
國際聯合研究組：
使用富含鋰 6 (6Li) 的 [3] 正極製造全固態電池樣品。
將熱中子注入樣品，
6Li(n,α)3H 熱中子誘導核反應，發射粒子能量的時間分辨分析。
成功捕捉全固態電池中鋰離子的運動。
內置全固態電池
鋰離子的運動
其行為分析：
我們已經確定了“鋰離子在固體電解質中的運動機制和運動區域”。
這些結果：
全固態電池的發展
在獲得充放電過程中鋰離子運動的知識的同時，
這表明它已經進入了發展階段。
這項研究發表在科學期刊 Small（9 月 30 日）的在線版上。
https://www.riken.jp/press/2022/20221025_2/index.html
Batterie tout solide : comprendre le mouvement des Li-ions !
-Spectre d’énergie correspondant à la courbe de charge et à la distribution des ions Li-
RIKEN
Centre de recherche en ingénierie quantique optique
Agence japonaise de l’énergie atomique
Division de la recherche sur l’analyse des matériaux neutroniques
Groupe de recherche mixte international :
Nous avons réussi à capturer le mouvement des ions Li dans une batterie tout solide [1] pendant la charge.
jusqu’à présent,
Il n’était pas possible de “capturer le mouvement des ions Li en temps réel”.
Les « méthodes d’analyse quantitative pendant le fonctionnement des dispositifs entièrement à semi-conducteurs » ont été limitées.
Résultats de recherche:
Dans cette recherche, une batterie à semi-conducteurs à couche mince est utilisée pour capturer le mouvement des ions Li.
Cette méthode permet également l’analyse d’échantillons relativement épais jusqu’à 30 μm.
Le faisceau incident étant un neutron thermique,
Dans le cas d’un échantillon qui a un recto et un verso, “il peut être mesuré sans grande différence”.
Analyse des batteries disponibles dans le commerce et entièrement à l’état solide :
par exemple,
Un électrolyte solide d’une épaisseur de 150 μm et des électrodes positive et négative d’une épaisseur de 20 μm,
Des échantillons de batterie entièrement solides peuvent également être analysés.
Dans le futur, nous développerons l’analyse des batteries tout solide proches des produits disponibles dans le commerce.
Groupe de recherche mixte international :
Un échantillon de batterie entièrement à l’état solide a été fabriqué à l’aide de l’électrode positive [3] enrichie en lithium-6 (6Li).
Injecter des neutrons thermiques dans l’échantillon,
Réaction nucléaire induite par les neutrons thermiques 6Li(n,α)3H, analyse résolue en temps des énergies des particules émises.
A réussi à capturer le mouvement des ions Li dans une batterie entièrement à l’état solide.
À l’intérieur de la batterie à semi-conducteurs
mouvement du lithium-ion
Analyse de son comportement :
Nous avons identifié le “mécanisme de mouvement et la région de mouvement des ions Li dans les électrolytes solides”.
Ces résultats :
Le développement des batteries tout solide
Tout en obtenant des connaissances sur le mouvement des ions Li pendant la charge et la décharge,
Cela indique qu’il est entré dans la phase de développement.
Cette recherche a été publiée dans l’édition en ligne de la revue scientifique Small (30 septembre).
All-Solid-State-Batterie: Die Bewegung von Li-Ionen verstehen!
-Energiespektrum entsprechend Ladungskurve und Li-Ionenverteilung-
RIKEN
Forschungszentrum für optische Quantentechnik
Japanische Atomenergiebehörde
Forschungsabteilung für Neutronenmaterialanalyse
Internationale gemeinsame Forschungsgruppe:
Es ist uns gelungen, die Bewegung von Li-Ionen in einer All-Solid-State-Batterie [1] während des Ladevorgangs zu erfassen.
bis jetzt,
Es sei nicht möglich, “die Bewegung von Li-Ionen in Echtzeit zu erfassen”.
„Methoden zur quantitativen Analyse während des Betriebs von All-Solid-State-Geräten“ waren begrenzt.
Forschungsergebnisse:
In dieser Forschung wird eine Dünnfilm-Solid-State-Batterie verwendet, um die Bewegung von Li-Ionen zu erfassen.
Dieses Verfahren ermöglicht auch die Analyse relativ dicker Proben bis 30 μm.
Da der einfallende Strahl ein thermisches Neutron ist,
Bei einer Probe, die eine Vorder- und eine Rückseite hat, „kann man ohne großen Unterschied messen“.
Analyse von handelsüblichen und All-Solid-State-Batterien:
zum Beispiel,
Ein Festelektrolyt mit einer Dicke von 150 μm und positive und negative Elektroden mit einer Dicke von 20 μm,
Auch Feststoffbatterieproben können analysiert werden.
In Zukunft werden wir die Analyse von All-Solid-State-Batterien entwickeln, die nahe an kommerziell erhältlichen Produkten liegen.
Internationale gemeinsame Forschungsgruppe:
Eine Festkörperbatterieprobe wurde unter Verwendung der mit Lithium-6 (6Li) angereicherten positiven Elektrode [3] hergestellt.
Injizieren thermischer Neutronen in die Probe,
6Li(n,α)3H thermische Neutronen-induzierte Kernreaktion, zeitaufgelöste Analyse der emittierten Teilchenenergien.
Es gelang, die Bewegung von Li-Ionen in einer Festkörperbatterie zu erfassen.
Im Inneren einer All-Solid-State-Batterie
Bewegung von Lithium-Ionen
Analyse seines Verhaltens:
Wir haben den „Bewegungsmechanismus und Bewegungsbereich von Li-Ionen in Festelektrolyten“ identifiziert.
Diese Ergebnisse:
Die Entwicklung von All-Solid-State-Batterien
Beim Gewinnen von Kenntnissen über die Bewegung von Li-Ionen während des Ladens und Entladens,
Es zeigt an, dass es in die Entwicklungsphase eingetreten ist.
Diese Forschung wurde in der Online-Ausgabe der wissenschaftlichen Zeitschrift Small (30. September) veröffentlicht.
In‐Operando Lithium‐Ion Transport Tracking in an All‐Solid‐State Battery
– Kobayashi – Small – Wiley Online Library
Abstract
An all-solid-state battery
is a secondary battery that is charged and discharged by the transport of lithium ions between positive and negative electrodes.
To fully realize the significant benefits of this battery technology,
for example,
higher energy densities, faster charging times, and safer operation,
it is essential to understand how lithium ions are transported and distributed in the battery during operation.
However,
as the third lightest element,
methods for quantitatively analyzing lithium during operation of an all-solid-state device are limited such that real-time tracking of lithium transport has not yet been demonstrated.
Here,
the authors report that
the transport of lithium ions in an all-solid-state battery is quantitatively tracked in near real time
by utilizing a high-intensity thermal neutron source and lithium-6 as a tracer in a thermal neutron-induced nuclear reaction.
Furthermore,
the authors show that
the lithium-ion migration mechanism and pathway through the solid electrolyte can be determined by in-operando tracking.
From these results,
the authors suggest that
the development of all-solid-state batteries has entered a phase where further advances can be carried out while understanding the transport of lithium ions in the batteries.