Decoupling Ion-Electron Transport in Thick Solid-State Battery Electrodes

解耦(概率) 离子 电池(电) 固态 电极 材料科学 电子 电子传输链 光电子学 化学 工程物理 物理 工程类 功率(物理) 核物理学 热力学 控制工程 生物化学 物理化学 有机化学
作者
Amin Song,Wujiu Zhang,Li Ma,Yicheng Lai,Yaohua Zhao,Jifu Zhu,Mengjie Huang,Lei Wang,Lei Dong,Nan Li,Chao Shen,Keyu Xie
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (10): 5027-5036 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c01889
摘要

Thick electrode architecture, promising better energy storage performance in solid-state batteries (SSBs), requires an optimized ion permeation network design. Unfortunately, ignoring the complex ion-electron coupling, the single ion diffusion optimized array electrodes have an unbalanced energy/power density issue. Hence, a vascularized electrode with a homogeneous electronic/ionic transport network is proposed. By decoupling the ion-electron transport process, a multifactor correlated thick electrode design criterion is established. The competitive effects of space and mass of the active/inactive components are considered for architecture optimization and performance improvement. The optimized LiFeO4 (LFP) electrode ensures high-rate operation at ultrahigh areal capacity, achieving power densities exceeding 1600 W kg–1. The solid-state pouch cells exhibit long-term cyclability, providing high energy/power density (approximately 200 Wh kg–1, 687 W kg–1) and thermal/mechanical tolerance. Furthermore, bipolar stacking enables pouch cells to have a high voltage and volumetric energy density. This work lays a solid foundation for the commercial application of thick electrodes, illuminating the future of industrial solid-state batteries.
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