Solid-state batteries enabled by ultra-high-frequency self-heating

国家(计算机科学) 固态 材料科学 电气工程 计算机科学 物理 工程物理 工程类 算法
作者
Buyi Zhang,Divya Chalise,Yuqiang Zeng,Sumanjeet Kaur,Chris Dames,Ravi Prasher
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2411.09885
摘要

Solid-state batteries (SSBs) are promising next-generation batteries due to their high energy density and enhanced thermal stability and safety. However, their sluggish kinetics and transport at room temperature results in high internal impedance and critically reduces the attainable discharge energy density. Taking advantage of their strong temperature-dependent ionic conductivity, here we introduce ultra-high frequency ($>10^5$ Hz) self-heating (UHFSH) of SSBs, which can rapidly warm up the batteries from room temperature to operating temperature (~65 {\deg}C) in less than a minute. As proof of concept, UHFSH experiments were conducted on symmetric solid-state cells with lithium aluminum germanium phosphate (LAGP) electrolyte with different configurations. Using an experimentally validated model, pack-level simulations predict fast heating (50 K/min) and minimized heating energy consumption (less than 4%). Without any modification of the materials or structure of the batteries, our non-intrusive self-heating strategy enables the SSBs to discharge more than two-fold energy in 25 {\deg}C ambient.
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