Les ingénieurs de l'Université du Maryland ont développé un moyen de surmonter les obstacles dans le développement de batteries à semi-conducteurs, principalement une résistance élevée et une faible capacité. Dr Eric Wachsman, Directeur du Maryland Energy Innovation Institute et William L. Crentz Centennial Chair in Energy Research, et son groupe ont brisé ces barrières grâce à la fabrication d'une architecture d'électrolyte solide à microstructure unique basée sur un conducteur Li en céramique dopé Li7La3Zr2O12 (LLZ). L'article décrivant cette technique a été récemment publié dans Matériaux aujourd'hui .

Dr Eric Wachsman, chercheur principal, c'est noté, « Il y a eu un énorme intérêt pour les batteries à semi-conducteurs en raison de leur sécurité inhérente et de leur potentiel d'augmentation de la densité énergétique grâce à l'utilisation d'anodes en métal Li. Cependant, jusqu'à ce travail, les densités de courant de cyclage du Li étaient trop faibles pour atteindre des taux de charge et de décharge commercialement viables. Maintenant que cela a été réalisé, le potentiel des batteries à semi-conducteurs peut enfin être réalisé."

Les structures tricouches ont été produites grâce à un processus de diffusion sur bande facilement évolutif. Sans aucun espace entre les grains, la couche dense est exempte de défauts structurels, bloquer la croissance de lithium dendritique qui pourrait court-circuiter la cellule et augmenter la résistance mécanique. La structure tricouche poreuse-dense-poreuse LLZ remplit plusieurs fonctions, résultant en une faible résistance, structure mécaniquement solide capable de cyclage du lithium à haut débit.

Dr Greg Hitz, CTO des systèmes de stockage d'ions, une start-up de batteries hors UMD, a également déclaré, « La vaste expérience de notre groupe en tant qu'électrochimistes et céramistes a conduit à la conception tricouche qui, selon nous, est la configuration idéale pour les batteries à semi-conducteurs de nouvelle génération. La démonstration du cyclage du lithium à haut débit dans la structure céramique tricouche a été la concrétisation de notre vision pluriannuelle. et représente une plateforme pour le lithium-soufre, cathodes d'oxyde en couches, spinelles haute tension, ou d'autres futures chimies de batterie."

La technique a déjà dépassé l'objectif de densité de courant DOE Fast-Charge avec une grande capacité surfacique par cycle, ce qui n'a jamais été démontré auparavant pour le cyclage du lithium dans les électrolytes solides. Les travaux futurs se concentreront sur l'augmentation de la capacité de placage cumulée et de la fraction de lithium transmise par cycle pour atteindre davantage ces objectifs. Ces résultats offrent un moyen commercialement viable de produire des produits sûrs, incombustible, batteries au lithium à haute énergie spécifique et haute densité spécifique.