Interconnected cathode-electrolyte double-layer enabling continuous Li-ion conduction throughout solid-state Li-S battery

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作者
Chaoyi Yan,Ying Zhou,Hui Cheng,Raphael Orenstein,Pei Zhu,Özkan Yıldız,Philip D. Bradford,Jesse S. Jur,Nianqiang Wu,Mahmut Dirican,Xiangwu Zhang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:44: 136-144 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.10.014
摘要

All-solid-state lithium (Li) batteries with high energy density are a promising solution for the next-generation energy storage systems in large-scale devices. To simultaneously overcome the challenges of poor ionic conduction of solid electrolytes and shuttling of active materials, we introduce a functional electrolyte-cathode bilayer framework with interconnected LLAZO channels from the electrolyte into the cathode for advanced solid-state Li-S batteries. Differing from the traditional solid-state batteries with separated layer compositions, the introduced bilayer framework provides ultrafast and continuous ion/electron conduction. Instead of transferring Li+ across the polymer and garnet phases which involve huge interfacial resistance, Li+ is directly conducted through the LLAZO channels created continuously from the cathode layer to the solid electrolyte layer, significantly shortening the diffusion distance and facilitating the redox reaction of sulfur and sulfides. A stable cycle life is demonstrated in the prototype Li-S solid-state batteries assembled with the introduced [email protected] interconnected bilayer framework. High capacity is obtained at room temperature, indicating the superior electrochemical properties of the bilayer framework that result from the unique design of the interconnected LLAZO garnet phase.
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