Nonuniform Ionic and Electronic Transport of Ceramic and Polymer/Ceramic Hybrid Electrolyte by Nanometer‐Scale Operando Imaging for Solid‐State Battery

材料科学 电解质 陶瓷 离子键合 快离子导体 离子 化学物理 纳米技术 电池(电) 化学工程 复合材料 物理化学 热力学 电极 量子力学 工程类 功率(物理) 化学 物理
作者
Chun‐Sheng Jiang,Nathan Dunlap,Yejing Li,Harvey Guthrey,Ping Liu,Se‐Hee Lee,Mowafak Al‐Jassim
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (21) 被引量:28
标识
DOI:10.1002/aenm.202000219
摘要

Abstract Replacing the liquid electrolyte in lithium batteries with solid‐state ion conductor is promising for next‐generation energy storage that is safe and has high energy density. Here, nanometer‐resolution ionic and electronic transport imaging of Li 3 PS 4 (LPS), a solid‐state electrolyte (SSE), is reported. This nm resolution is achieved by using a logarithm‐scale current amplifier that enhances the current sensitivity to the fA range. Large fluctuations of ion current—one to two orders of magnitude on the LPS and on the LPS region of a polymer/LPS bulk hybrid SSE—that must be mitigated to eliminate Li dendrite formation and growth, are found. This ion current fluctuation is understood in terms of highly anisotropic transport kinetic barriers along the different crystalline axes due to different grain orientations in the polycrystalline and glass ceramic materials. The results on the bulk hybrid SSE show a sharp transition of ionic and electronic transport at the LPS/polymer boundary and decreases in average ionic current with decreasing polyimine particle size and with extensive cycling. The results elucidate the mechanism of polyimine extension into interparticles to prevent Li dendrite growth. This work opens up novel characterization of charge transport, which relates to Li plating and stripping for solid‐state‐batteries.

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