MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31557211
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aCronk,  Ashley.
■24510▼aEnabling  Low-Cost  Cathodes  in  All-Solid-State  Batteries
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  San  Diego▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a97  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Meng,  Y.  Shirley;Kim,  H.  Alicia.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  San  Diego,  2024.
■520    ▼aAll-solid-state  batteries  (ASSBs)  are  one  of  the  most  promising  systems  to  enable  thermally  resilient  and  high  energy  dense  next-generation  energy  storage.  While  lithium-ion  batteries  (LIB)  using  layered  oxide  cathodes  have  made  significant  advancements,  these  cathodes  are  reaching  their  limits  in  terms  of  cost,  capacity,  and  performance.  This  necessitates  the  development  of  cathode  alternatives  that  are  safer,  high  energy  dense,  and  with  lower  cost,  by  reducing  reliance  on  critical  materials  like  cobalt  and  nickel.  Pursuing  cobalt-  and  nickel-free  chemistries,  like  LiFePO4  (LFP)  and  lithium-sulfur  (Li-S)  in  ASSB  architecture  is  a  promising  approach  to  solve  some  of  the  current  limitations  of  LIBs.  Replacing  liquid  electrolytes  with  non-flammable  solid-state  electrolytes  (SSE)  can  improve  both  safety  and  energy  density.  While  SSEs  offer  many  advantages,  they  often  introduce  interfacial  challenges  from  resistive  solid-solid  contact,  which  can  inhibit  lithium  transport  necessary  for  practical  operation.  This  poses  new  challenges  for  LFP  and  Li-S  cathodes,  requiring  new  design  strategies  due  to  their  unique  morphological  and  material  properties.The  morphological  features  of  LFP  essential  for  improved  electrochemical  performance,  are  highlighted  to  elucidate  the  interfacial  challenges  when  implemented  in  sulfide  based  ASSBs.  For  the  first  study,  the  compatibility  of  LFP  with  two  types  of  solid-state  electrolytes,  Li6PS5Cl  (LPSCl)  and  Li2ZrCl6  (LZC),  are  investigated.  Irreversible  redox  products  and  interfacial  degradation  from  LPSCl  were  found  to  be  responsible  for  unstable  performance.  This  work  reveals  the  intrinsic  incompatibility  of  LFP  against  sulfide-based  SSEs.  However,  employing  the  chloride-based  electrolyte,  LZC,  high-rate  and  stable  cycling  performance  for  over  a  thousand  cycles  is  achieved  at  room  temperature.  Although  LPSCl  was  found  to  be  incompatible  with  LFP,  it  was  found  to  facilitate  beneficial  properties  when  paired  with  Li-S  cathodes.  Li-S  cathodes  can  realize  some  of  the  highest  known  energy  densities.  But  similar  to  LFP,  its  development  in  ASSBs  has  been  plagued  by  interfacial  and  (chemo)mechanical  degradation.  In  the  second  study,  a  scalable  synthesis  method  is  introduced  to  overcome  the  challenges  well  known  for  solid-state  Li-S  batteries.  Facilitating  interfacial  reactions  between  sulfur  and  LPSCl,  optimizing  the  cathode/catholyte  microstructure,  and  tuning  the  redox  behavior  of  LPSCl  was  found  to  improve  utilization  and  stability.  As  a  result,  this  approach  enables  high  loading  sulfur  cathodes  up  to  11  mAh  cm-2  with  stable  operation  at  room  temperature.  Several  high  energy  density  cell  architectures  are  also  proposed  and  demonstrated.  These  studies  establish  new  design  principles  for  both  LFP and  Li-S  cathodes  in  ASSBs,  potentially  transforming  the  energy  storage  landscape  by  enabling  safe,  low-cost,  and  high  energy  dense  storage  solutions  for  a  wide  range  of  future  applications.
■590    ▼aSchool  code:  0033.
■650  4▼aEnergy
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aElectrical  engineering
■653    ▼aAll-solid-state  batteries
■653    ▼aHigh  energy  density
■653    ▼aLithium  iron  phosphate
■653    ▼aLithium  sulfur
■653    ▼aLow-cost  cathodes
■653    ▼aSolid-state  electrolytes
■690    ▼a0791
■690    ▼a0537
■690    ▼a0544
■71020▼aUniversity  of  California,  San  Diego▼bMaterials  Science  and  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-04B.
■790    ▼a0033
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17163899▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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