An intermediate temperature garnet-type solid electrolyte-based molten lithium battery for grid energy storage

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作者
Yang Jin,Kai Liu,Jialiang Lang,Denys Zhuo,Zeya Huang,Chang‐An Wang,Hui Wu,Yi Cui
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:3 (9): 732-738 被引量:206
标识
DOI:10.1038/s41560-018-0198-9
摘要

Batteries are an attractive grid energy storage technology, but a reliable battery system with the functionalities required for a grid such as high power capability, high safety and low cost remains elusive. Here, we report a solid electrolyte-based molten lithium battery constructed with a molten lithium anode, a molten Sn–Pb or Bi–Pb alloy cathode and a garnet-type Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO) solid electrolyte tube. We show that the assembled Li||LLZTO||Sn–Pb and Li||LLZTO||Bi–Pb cells can stably cycle at an intermediate temperature of 240 °C for about one month at current densities of 50 mA cm−2 and 100 mA cm−2 respectively, with almost no capacity decay and an average Coulombic efficiency of 99.98%. Furthermore, the cells demonstrate high power capability with current densities up to 300 mA cm−2 (90 mW cm−2) for Li||LLZTO||Sn–Pb and 500 mA cm−2 (175 mW cm−2) for Li||LLZTO||Bi–Pb. Our design offers prospects for grid energy storage with intermediate temperature operations, high safety margin and low capital and maintenance costs. There is an intensive effort in developing grid-scale energy storage means. Here, the authors present a liquid metal battery with a garnet-type solid electrolyte instead of conventional molten salt electrolytes and report promising electrochemical properties at a modest temperature of 240 °C.
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