Le NIMS a réussi pour la première fois à visualiser des changements séquentiels dans la distribution de potentiel électrique à travers une électrode composite pendant les réactions de charge/décharge dans des batteries lithium-ion tout-solides. Cette distribution n'était auparavant mesurable qu'avant et après l'apparition des réactions de charge/décharge. La compréhension microscopique des mécanismes de réaction de charge/décharge dans les électrodes peut faciliter la conception de nouveaux dispositifs capables d'améliorer les performances des batteries lithium-ion tout solide.

La batterie lithium-ion tout solide est une batterie candidate prometteuse de nouvelle génération en raison de son excellente sécurité et de ses propriétés cycliques. Ses performances doivent encore être améliorées avant de pouvoir être utilisé dans la pratique. Les causes de la dégradation des performances doivent être identifiées grâce à une analyse approfondie des réactions électrochimiques se produisant dans les électrodes pendant la charge et la décharge. En 2016, cette équipe de recherche a développé une technique permettant l'observation in-situ des changements de potentiel électrique des électrodes à haute résolution spatiale. Cependant, un grand intérêt existait pour le développement de nouvelles techniques qui permettraient des analyses plus détaillées :mesure séquentielle (dynamique) des changements de distribution de potentiel électrique à travers une électrode pendant la charge/décharge.

Cette équipe de recherche a récemment développé une nouvelle technique capable de visualiser les changements séquentiels (dynamiques) de la distribution de potentiel électrique dans les batteries en combinant un système de mesure électrochimique avec des techniques précédemment développées (microscopie à force de sonde Kelvin in situ et une technique utilisée pour préparer des batteries en coupe transversale). échantillons). L'équipe a ensuite utilisé cette nouvelle technique combinée pour observer les réactions de charge/décharge en action au sein de cathodes composites dans des batteries lithium-ion tout solide (échantillons expérimentaux fournis par Taiyo Yuden Co., Ltd.). Par conséquent, l'équipe a découvert que les réactions de charge s'étendent de manière inégale à travers la cathode composite du côté collecteur de courant au côté anode, tandis que les réactions de décharge se propagent uniformément à travers la cathode. Ces résultats indiquent la formation d'un réseau de chemins conducteurs électroniques inadéquat dans la cathode composite au cours d'un processus de charge.

La technique développée dans cette recherche est applicable à une variété d'évaluations de batteries, incluant une analyse approfondie des causes de dégradation des performances des batteries, qui ont été difficiles à déterminer en utilisant des mesures électrochimiques conventionnelles. Cette technique peut aider les développeurs de batteries à optimiser les structures de batteries et à concevoir des batteries plus performantes.