コールド焼結は、バッテリーの課題を解決します

次世代のエネルギー貯蔵の有望な飛躍で、ペンシルベニア州の研究者は、携帯電話、ラップトップ、電気自動車に見られる従来の、そしてしばしば危険なリチウムイオン電池を置き換えることができる固体州のバッテリー技術を進めています。

産業および製造工学の助教授であるHongtao Sunが率いるチームは、従来のバッテリーの可燃性液体電解質を置き換える固体電解質（SSE）に焦点を当てています。SSEは優れた熱安定性と安全性を提供しますが、歴史的には、加工温度と導電率が低いために生成するのは困難でした。


これを解決するために、Sunのチームは、Cold焼結として知られる技術を採用しました。これは、圧力と少量の溶媒を使用して、セラミック粉末を密な形に圧縮する低温プロセスです。この方法により、研究者はLATP-PILGと呼ばれる新しいセラミックポリマー複合SSEを作成し、ポリイオン液体ゲル（PILG）の高い導電率とセラミックLATPの安定性を組み合わせました。「従来の焼結は1,000°C近くの温度を必要とします」とSunは説明しました。「しかし、Cold焼結はそれを約150°Cに保つことができます。これは、セラミックを濃縮しながらポリマー成分を保存するのに十分低いです。」

主要な革新は、チームがイオン輸送の問題にどのように取り組んだかにあります。通常、セラミック材料の粒界は導電率を妨げます。しかし、PILGを粒境界に統合することにより、イオンの動きを促進し、エネルギー損失を減らすための設計された経路を作成しました。結果として得られる複合SSEは、室温の導電率が高いだけでなく、液体電解質の典型的な0〜4ボルトと比較して、より広い電圧ウィンドウ（0〜5.5ボルト）をサポートします。これは、バッテリーが高電圧カソードを使用して、より多くのエネルギーを提供できることを意味します。

先を見据えて、Sunは、半導体製造と一般的なセラミック処理など、バッテリーを超えた冷却焼結の広範なアプリケーションを想定しています。「私たちの次のステップは、持続可能でスケーラブルな生産モデルを開発することです」と彼は言いました。「それがこのテクノロジーの未来があるところです。」