폴리머 기반 전고체 리튬/황 배터리의 기계적 조사

초록 전고체 리튬/황(ASSLS) 배터리에서 고체 폴리머 전해질(SPE)을 사용하는 것은 높은 에너지 밀도와 안전성을 모두 갖춘 전원 공급 장치를 얻기 위한 유망한 접근법이지만, SPE-ASSLS 배터리의 실제 성능은 여전히 액체 에테르 전해질을 사용하는 기존 리튬/황 배터리에 뒤쳐져 있다. 이 연구에서는 X-선 광전자 분광법, 인사이트 광학 현미경, 삼전극 측정의 특성화 방법을 결합하여 두 배터리 시스템 간의 직접적인 비교를 수행하여 성능 차이의 메커니즘을 밝혀낸다. 폴리설파이드 외에도 초기 원소 황이 SPE로 용해 및 확산되어 양극에 도달할 수 있음을 발견하였다. 액체 전해질에서 균일한 부식을 초래하는 셔틀 효과와는 달리, SPE에 용해된 황 화합물은 양극 표면을 불균형적으로 수동화하여 양극/SPE 고체-고체 경계에서 비균질적인 리튬 이온(Li +) 도금/스트리핑을 유도한다. 이러한 비균질성은 결국 경계에서 빈 공간을 생성하여 SPE-ASSLS 배터리의 실패를 초래한다. 이 이해를 바탕으로 황 화합물의 셔틀링을 억제하는 보호 중간층이 설계되었으며, 수정된 SPE-ASSLS 배터리는 사이클 수명에서 크게 개선된 성능을 보인다.