O microscópio eletrônico de varredura (MEV) da CIQTEK possibilita pesquisa inovadora em baterias de estado sólido, realizada pela Tsinghua SIGS e publicada na Nature.

As baterias de lítio-metal de estado sólido (SSLMBs) são amplamente reconhecidas como a fonte de energia de próxima geração para veículos elétricos e armazenamento de energia em larga escala, oferecendo alta densidade de energia e excelente segurança. No entanto, sua comercialização tem sido limitada pela baixa condutividade iônica dos eletrólitos sólidos e pela baixa estabilidade interfacial na interface sólido-sólido entre eletrodos e eletrólitos. Apesar do progresso significativo na melhoria da condutividade iônica, a falha interfacial sob alta densidade de corrente ou operação em baixa temperatura permanece um grande obstáculo.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Feiyu Kang, Prof. Yanbing He, Prof. Associado Wei Lü e Prof. Assistente Tingzheng Hou do Instituto de Pesquisa de Materiais da Escola Internacional de Pós-Graduação de Shenzhen (SIGS) da Universidade Tsinghua, em colaboração com o Prof. Quanhong Yang da Universidade de Tianjin, propôs um Novo conceito de design de uma interface de eletrólito sólido dúctil (SEI) Para enfrentar esse desafio. Seu estudo, intitulado “Uma interface de eletrólito sólido dúctil para baterias de estado sólido” , foi publicado recentemente em Natureza .

O CIQTEK FE-SEM permite a caracterização de interfaces em alta resolução.

Neste estudo, a equipe de pesquisa utilizou o Microscópio eletrônico de varredura por emissão de campo CIQTEK ( SEM4000X ) para caracterização microestrutural da interface sólido-sólido. O MEV-FEG da CIQTEK forneceu Imagens de alta resolução e excelente contraste de superfície. , permitindo aos pesquisadores observar com precisão a evolução da morfologia e a integridade interfacial durante a ciclagem eletroquímica.

SEI dúctil: um novo caminho além da abordagem "apenas baseada na resistência" Paradigma

As SEIs tradicionais ricas em inorgânicos, embora mecanicamente rígidas, tendem a sofrer fraturas frágeis durante os ciclos de carga e descarga, levando ao crescimento de dendritos de lítio e a uma cinética interfacial deficiente. A equipe da Universidade de Tsinghua rompeu com o paradigma de "apenas resistência" ao enfatizar a "ductilidade" como um critério de projeto fundamental para materiais de SEI. Usando a razão de Pugh (B/G ≥ 1,75) como indicador de ductilidade e triagem assistida por IA, eles identificaram o sulfeto de prata (Ag₂S) e o fluoreto de prata (AgF) como componentes inorgânicos promissores com deformabilidade superior e baixas barreiras de difusão de íons de lítio.

Partindo desse conceito, os pesquisadores desenvolveram um eletrólito sólido composto orgânico-inorgânico contendo aditivos de AgNO₃ e cargas de Ag/LLZTO (Li₆,₇₅La₃Zr₁,₅Ta₀,₅O₁₂). Durante a operação da bateria, uma reação de deslocamento in situ transformou os componentes frágeis da SEI de Li₂S/LiF em camadas dúcteis de Ag₂S/AgF, formando uma estrutura de SEI com gradiente de "exterior macio e interior resistente". Esse design multicamadas dissipa eficazmente a tensão interfacial, mantém a integridade estrutural em condições adversas e promove a deposição uniforme de lítio.

Figura 1. Ilustração esquemática da seleção de componentes e do mecanismo funcional da SEI dúctil durante a ciclagem de baterias de estado sólido.

Figura 2. Análise estrutural e composicional da SEI dúctil rica em elementos inorgânicos.

Desempenho eletroquímico excepcional

Com essa SEI dúctil, as baterias de estado sólido demonstraram uma estabilidade eletroquímica notável:

• Mais de 4.500 horas de ciclagem estável a 15 mA cm⁻² e 15 mAh cm⁻² à temperatura ambiente.

• Mais de 7.000 horas de ciclagem estável a −30 °C sob 5 mA cm⁻².

• Células completas combinadas com cátodos de LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂ (NCM811) exibiram excelente desempenho em altas taxas (20 C) e baixas temperaturas.

Figura 3. Deformabilidade plástica excepcional e estabilidade mecânica da SEI dúctil rica em materiais inorgânicos.

Uma estratégia inovadora para a engenharia de interfaces em baterias de estado sólido.

Esta pesquisa fornece uma nova estrutura teórica e prática para o projeto de estruturas SEI ideais, representando um passo significativo rumo a baterias de estado sólido comercialmente viáveis. Ao integrar ductilidade mecânica com alta condutividade iônica, o estudo abre uma nova direção no projeto de eletrólitos de estado sólido e materiais interfaciais.

Referência:
Kang, FY, He, YB, Lü, W., Hou, TZ, Yang, QH, et al. (2025). Uma interfase de eletrólito sólido dúctil para baterias de estado sólido. Nature.
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09675-8