Predicting the flexural strength of Li‐ion‐conducting garnet type oxide for solid‐state‐batteries

抗弯强度 材料科学 粒度 多孔性 电解质 微观结构 烧结 复合材料 氧化物 矿物学 冶金 电极 化学 物理化学
作者
Zhezhen Fu,Dennis W. McOwen,Lei Zhang,Yunhui Gong,Yaoyu Ren,Jack E. Gritton,Griffin L. Godbey,Jiaqi Dai,Liangbing Hu,Eric D. Wachsman
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:103 (9): 5186-5195 被引量:16
标识
DOI:10.1111/jace.17177
摘要

Abstract The mechanical strength of solid‐state electrolytes is crucial for applications in solid‐state batteries (eg block lithium dendrites and withhold the stress due to volume expansion of the electrode). We determined the flexural strength of doped Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (Li 7 La 2.75 Ca 0.25 Zr 1.75 Nb 0.25 O 12 , LLCZN) garnet type electrolyte as ~8.6 ± 1.5 MPa to ~51.5 ± 4.8 MPa as functions of porosity and grain size. Based on the experimental results, a series of theoretical models were established to obtain empirical equations to study the effects of porosity and grain size. Our further experiments demonstrate that the empirical equations can be used to predict the flexural strength of garnet type oxides based on its microstructure (porosity and grain size). Optimization of the grain size of fully dense garnet oxide can increase the strength up to ~106.0 ± 11.6 MPa (tape casting‐sintering method with a grain size of ~2.8 µm).

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