A Solid-State Single-Ion Conductor for Lithium Batteries Based on Anionic Nanoparticles of Fluorinated Titania
Notice bibliographique
Résumé
Nowadays, among the most challenging classes of materials for the development of high-energy density lithium batteries are electrolytes and high-capacity cathode materials [1]. A considerable interest is attracted by metallic lithium anode-based Li-S and Li-air batteries because of their high specific capacity [2]. Nevertheless, the use of a metallic lithium anode compromises the chemical and electrochemical stability of the electrolyte. To address these drawbacks, a significant research effort is recently devoted to the design and preparation of new lithium-conducting electrolytes. Here, a new concept of electrolyte based on a solid-state lithium single-ion conductor is proposed, which opens new perspectives in the development of advanced lithium batteries [3]. The electrolyte is obtained by direct reaction of nanometric fluorinated TiO2 (FT) with molten metallic lithium, and consists of nanoparticles (NPs) with surface anionic groups neutralized by lithium cations. The resulting nanopowder is labelled LiFT® [4]. It should be highlighted that after functionalization, the conductivity of fluorinated TiO2 increases by more than four orders of magnitude. In this work, the structure of LiFT is elucidated by means of several techniques such as: Inductively-Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES); High-Resolution Transmission Electron Microscopy (HR-TEM), powder X-Ray Diffraction (XRD), Infrared Spectroscopy (FT-MIR and -FIR), electrochemical measurements and solid-state Magic-Angle Spinning-NMR (MAS-NMR) spectroscopy. XRD and HR-TEM measurements show that LiFT has the “core” structure of anatase, with Li cations present only in the external lithium-rich shell of NPs. Thus, no intercalation processes of Li+ in “core” LiFT NPs take place. In addition, it is demonstrated that lithium cations can migrate through grain boundaries of electrolyte NPs in a very effective way, achieving: 1) a room-temperature single-ion conductivity of about 3x10-4 Scm-1; 2) an excellent electrochemical stability; and 3) a high exchange current density. All these features, together with an easy synthesis process, which is based on precursors obtained from very cheap starting materials, make LiFT a very attractive material for application in several fields such as: a) all-solid-state lithium batteries; b) molten electrode lithium batteries; c) nanocomposite electrolytes and d) lithium-air batteries. [1] M. Armand, J.-M. Tarascon, Building better batteries, Nature. 451 (2008) 652–657. [2] P.G. Bruce, S.A. Freunberger, L.J. Hardwick, J.-M. Tarascon, Li-O2 and Li-S batteries with high energy storage., Nat. Mater. 11 (2012) 19–29. [3] F. Bertasi, K. Vezzù, E. Negro, S. Greenbaum, V. Di Noto, Single-ion-conducting nanocomposite polymer electrolytes based on PEG400 and anionic nanoparticles: Part 1. Synthesis, structure and properties, Int. J. Hydrogen Energy. (2013). [4] V. Di Noto, F. Bertasi, E. Negro, M. Piga, M. Bettiol, F. Bassetto, Solid-state electrolytes based on fluorine-doped oxides, PCT/IB2012/053542, 2013.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».