Elektrolit Film Tipis LiSiON Amorf

Pengarang:XIA Qiuying, SUN Shuo, ZAN Feng, XU Jing, XIA Hui

Sekolah Sains dan Teknik Material, Universitas Sains dan Teknologi Nanjing, Nanjing 210094, Cina

Abstrak

Baterai litium film tipis (TFLB) solid-state dianggap sebagai sumber daya ideal untuk perangkat mikroelektronik. Namun, konduktivitas ionik yang relatif rendah dari elektrolit padat amorf membatasi peningkatan kinerja elektrokimia untuk TFLB. Dalam karya ini, film tipis litium silikon oksinitrida (LiSiON) amorf dibuat dengan sputtering magnetron sebagai elektrolit padat untuk TFLB. Dengan kondisi pengendapan yang dioptimalkan, film tipis LiSiON menunjukkan konduktivitas ionik yang tinggi sebesar 6,3×10-6 S∙cm-1 pada suhu kamar dan jendela tegangan lebar di atas 5 V, menjadikannya elektrolit film tipis yang cocok untuk TFLB. TFLB MoO3/LiSiON/Li dibuat berdasarkan elektrolit film tipis LiSiON dengan kapasitas spesifik besar (282 mAh∙g-1 pada 50 mA∙g-1), kemampuan laju yang baik (50 mAh∙g -1 pada 800 mA∙g-1), dan umur siklus yang dapat diterima (retensi kapasitas 78,1% setelah 200 siklus), menunjukkan kelayakan elektrolit ini untuk aplikasi praktis.

Kata kunci:LiSi; elektrolit film tipis; baterai litium solid-state; baterai film tipis

Pesatnya perkembangan industri mikroelektronika, seperti sistem mikro-elektromekanis (MEMS), sensor mikro, kartu cerdas, dan perangkat medis mikro yang dapat ditanamkan, menyebabkan meningkatnya permintaan akan penyimpanan energi berukuran mikro yang terintegrasi.^[1,2]. Di antara teknologi baterai yang tersedia, baterai litium film tipis solid-state (TFLB) dianggap sebagai sumber daya yang ideal untuk perangkat mikroelektronik karena keamanannya yang tinggi, ukurannya yang kecil, desain power-on-chip, masa pakai yang lama, dan daya yang rendah. tingkat pelepasan diri. Sebagai salah satu komponen kunci dalam TFLB, elektrolit film tipis solid-state memainkan peran penting dalam menentukan sifat-sifat TFLB^[3]. Oleh karena itu, pengembangan elektrolit film tipis solid-state berkinerja tinggi selalu menjadi tujuan penting untuk pengembangan TFLB. Saat ini, elektrolit yang paling banyak digunakan dalam TFLB adalah litium fosfor oksinitrida amorf (LiPON), yang memiliki konduktivitas ionik sedang (2×10-6 S∙cm-1), konduktivitas elektronik rendah (~{{5 }} S∙cm-1), jendela tegangan lebar (~5,5 V), dan stabilitas kontak yang baik dengan litium^[4,5]. Namun, konduktivitas ioniknya relatif rendah, sehingga menghambat pengembangan TFLB berdaya tinggi di masa depan untuk era Internet of Things (IoT) mendatang.^[6]. Oleh karena itu, sangat mendesak untuk mengembangkan elektrolit film tipis baru dengan peningkatan konduktivitas ionik, serta jendela tegangan besar dan stabilitas kontak yang baik dengan litium untuk TFLB generasi berikutnya.

Di antara berbagai bahan elektrolit padat anorganik, sistem larutan padat Li2O-SiO2 dan fase deuterogeniknya diidentifikasi sebagai elektrolit film tipis yang potensial karena saluran konduksi litium tiga dimensi yang cepat.^[7]. Misalnya, Chen, dkk.^[8]melaporkan bahwa elektrolit padat Li4.4Al0.4Si0.6O4-0.3Li2O tersubstitusi Al memiliki konduktivitas ionik yang tinggi yaitu 5,4×10-3 S∙cm{{12} } pada 200 derajat. Adnan, dkk.^[9] menemukan bahwa senyawa Li4Sn0.02Si0.98O4 memiliki nilai konduktivitas maksimum sebesar 3,07×10-5 S∙cm-1 pada suhu sekitar. Namun, penelitian sebelumnya pada sistem elektrolit Li2O-SiO2 sebagian besar berfokus pada bahan bubuk dengan kristalinitas tinggi, sementara penelitian yang sangat terbatas dilaporkan pada bahan film tipis amorf untuk TFLB. Karena TFLB biasanya dibuat dengan mendepositkan lapisan tipis katoda, elektrolit dan anoda lapis demi lapis, lapisan elektrolit perlu dibuat pada suhu yang relatif rendah untuk menghindari interaksi yang tidak menguntungkan antara katoda dan elektrolit, yang mengakibatkan retak dan korsleting. TFLB^[1,2]. Oleh karena itu, pengembangan elektrolit Li2O-SiO2 dengan fitur amorf yang dibuat pada suhu rendah penting untuk TFLB. Meskipun pekerjaan baru-baru ini^[6] menunjukkan bahwa konduktivitas ion litium yang tinggi sebesar 2,06×10-5 S∙cm-1 dapat diperoleh dengan film tipis Li-Si-PON amorf, stabilitas kontaknya dengan elektroda dan stabilitas elektrokimia di TFLB belum diselidiki. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengembangkan elektrolit film tipis berbasis Li2O-SiO2 berkinerja tinggi dan menunjukkan penerapan sebenarnya dalam TFLB.

Dalam karya ini, film tipis litium silikon oksinitrida (LiSiON) amorf dibuat dengan sputtering magnetron frekuensi radio (RF) pada suhu kamar dan diselidiki sebagai elektrolit keadaan padat untuk TFLB. Kekuatan sputtering dan aliran gas kerja N2/Ar dioptimalkan untuk mendapatkan kondisi deposisi terbaik untuk film tipis LiSiON. Selain itu, untuk menunjukkan penerapan elektrolit LiSiON yang dioptimalkan untuk TFLB, sel penuh MoO3/LiSiON/Li dibuat dan kinerja elektrokimianya diselidiki secara sistematis.

1 Eksperimental

1.1 Persiapan film tipis LiSiON

Film tipis LiSiON dibuat dengan sputtering magnetron RF (Kurt J. Lesker) menggunakan target Li2SiO3 (diameter 76,2 mm) pada suhu kamar selama 12 jam. Sebelum pengendapan, tekanan ruang dikurangi menjadi kurang dari 1×10-5 Pa. Jarak dari target ke substrat adalah 10 cm. Sampel yang diendapkan pada daya RF 80, 100, dan 120 W pada aliran 90 sccm N2 ditandai sebagai sampel LiSiON-80N9, LiSiON-100N9, dan LiSiON-120N9, masing-masing. Dan sampel yang diendapkan dengan daya RF 100 W pada aliran 90 sccm N2 dan 10 sccm Ar, 90 sccm N2 dan 50 sccm Ar, 50 sccm N2 dan 50 sccm Ar ditandai sebagai sampel LiSiON- 100N9A1, LiSiON -100N9A5, dan LiSiON-100N5A5, masing-masing.

1.2 Pembuatan TFLB MoO3/LiSiON/Li

Film MoO3 dibuat dengan sputtering magnetron reaktif arus searah (DC) (Kurt J. Lesker) menggunakan target logam Mo murni (diameter 76,2 mm) menurut laporan kami sebelumnya^[10]. Jarak dari target ke substrat adalah 10 cm, dan daya sputtering DC adalah 60 W. Deposisi dilakukan pada suhu substrat 100 derajat selama 4 jam pada aliran 40 sccm Ar dan 10 sccm O2, dengan anil in-situ perawatan pada 450 derajat selama 1 jam. LiSiON-100N9A1 kemudian diendapkan pada film MoO3 sebagai elektrolit. Setelah itu, film litium logam dengan ketebalan sekitar 2 μm diendapkan pada film LiSiON dengan penguapan termal vakum (Kurt J. Lesker). Langkah fabrikasi terakhir melibatkan pengendapan pengumpul arus Cu dan proses enkapsulasi.

1.3 Karakterisasi bahan

Struktur kristal sampel dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X (XRD, Bruker D8 Advance). Morfologi dan struktur mikro sampel dikarakterisasi dengan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FESEM, FEI Quanta 250F) yang dilengkapi dengan spektroskopi sinar-X (EDS) dispersif energi. Komposisi unsur sampel dianalisis dengan spektrometri massa plasma berpasangan induktif (ICP-MS, Agilent 7700X). Komposisi kimia dan informasi ikatan sampel diukur dengan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS, Escalab 250XI, Thermo Scientific).

1.4 Pengukuran elektrokimia

Konduktivitas ionik elektrolit film tipis LiSiON diukur menggunakan struktur terjepit Pt/LiSiON/Pt. Spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) (dari 1000 kHz hingga 0,1 Hz dengan amplitudo potensial 5 mV) dan pengukuran voltametri siklik (CV) sampel dilakukan pada elektrokimia VMP3 Biologis stasiun kerja. Pengukuran galvanostatic charge/discharge (GCD) pada TFLB MoO3/LiSiON/Li dilakukan dengan menggunakan sistem baterai Neware BTS4000 dalam glove box berisi argon pada suhu kamar. Neraca Analitik Sartorius (CPA225D, dengan resolusi 10 ug) digunakan untuk menentukan pembebanan massa elektroda, dan pembebanan massa film MoO3 adalah sekitar 0,4 mg∙cm-2.

2 Hasil dan diskusi

Seperti yang ditunjukkan pada gambar optik yang disisipkan pada Gambar 1(a), target Li2SiO3 digunakan untuk membuat film tipis LiSiON. Hasil XRD pada Gambar 1(a) menunjukkan bahwa target terdiri dari fase mayor Li2SiO3 (JCPDS 83-1517) dan fase minor SiO2. Pengukuran ICP-MS menunjukkan bahwa rasio atom Li : Si pada target adalah sekitar 1,79 : 1. Film tipis amorf transparan diperoleh untuk sampel tipikal LiSiON-100N9A1 setelah melakukan sputtering pada target (Gbr. 1(b)). Ketebalan sampel tipikal LiSiON-100N9A1 yang diukur dari gambar FESEM penampang melintang pada Gambar 1(c) adalah sekitar 1,2 μm, menunjukkan laju pertumbuhan sekitar 100 nm∙h-1 pada kondisi ini kondisi. Seperti yang ditunjukkan pada gambar FESEM tampilan atas pada Gambar 1 (d), permukaan film tipis LiSiON sangat halus dan padat tanpa retak atau lubang kecil, menjadikannya elektrolit padat yang cocok untuk TFLB untuk menghindari jalan pintas dan masalah keamanan.

Gambar 1 (a) Pola XRD dan gambar optik target Li2SiO3; (b) Pola XRD dan gambar optik sampel khas LiSiON- 100N9A1; (c) Gambar penampang dan (d) tampilan atas FESEM dari sampel tipikal LiSiON-100N9A1

Analisis XPS dilakukan untuk menyelidiki komposisi kimia dan informasi ikatan target Li2SiO3 dan sampel tipikal LiSiON-100N9A1. Spektrum pemindaian survei XPS pada Gambar 2(a) mengungkapkan keberadaan unsur Li, Si, dan O dalam target Li2SiO3 dan masuknya unsur N dalam film tipis LiSiON. Rasio atom N : Si dalam film tipis LiSiON adalah sekitar 0.33 : 1 menurut hasil XPS. Jika digabungkan dengan rasio atom yang sesuai (1,51 : 1) yang diperoleh dari pengukuran ICP-MS, stoikiometri sampel tipikal LiSiON-100N9A1 ditentukan menjadi Li1.51SiO2.26N0.33. Dibandingkan dengan puncak Si-Si (103,2 eV) tunggal dalam spektrum XPS tingkat inti Si2p dari target Li2SiO3 (Gbr. 2(b)), puncak Si-N (101,6 eV) tambahan dapat diamati dari film tipis LiSiON , menunjukkan terjadinya nitridasi di LiSiON^[11,12]. Spektrum XPS tingkat inti O1 dari target Li2SiO3 pada Gambar 2(c) menunjukkan dua lingkungan ikatan: 531,5 eV berasal dari SiOx dan 528,8 eV ditugaskan ke Li2O. Setelah pengendapan, komponen tambahan yang muncul pada 530,2 eV dapat diamati dengan film tipis LiSiON, yang dapat ditetapkan sebagai oksigen non-penghubung (On) dalam silikat^[13,14]. Spektrum XPS tingkat inti N1s ​​dari film tipis LiSiON pada Gambar 2(d) dapat didekonvolusi menjadi tiga puncak, termasuk 398,2 eV untuk ikatan Si-N, 396,4 eV untuk Li3N, dan 403,8 eV untuk spesies nitrit NO{{11} }, yang selanjutnya mengonfirmasi penggabungan N ke dalam jaringan LiSiON^[14,15,16]. Seperti yang diilustrasikan secara skematis pada Gambar 2 (e), penggabungan N ke dalam jaringan LiSiON dapat membentuk lebih banyak struktur ikatan silang, yang bermanfaat untuk konduksi ion litium yang cepat.^[6,17].

Gambar 2 (a) Pemindaian survei, (b) tingkat inti Si2p, (c) tingkat inti O1s, dan (d) spektrum XPS tingkat inti N1s ​​dari target Li2SiO3 dan sampel tipikal LiSiON-100N9A1; (e) Ilustrasi skema perubahan struktur parsial dari Li2SiO3 menjadi LiSiON dengan penggabungan N

Untuk mengoptimalkan konduktivitas ionik dan stabilitas elektrokimia film tipis LiSiON, berbagai film tipis LiSiON yang diendapkan pada kekuatan sputtering berbeda, dan aliran gas kerja dibandingkan dalam hal konduktivitas ionik dan jendela tegangannya. Plot Nyquist suhu kamar dari film tipis LiSiON digambarkan pada Gambar. 3(a), dan struktur sandwich Pt/LiSiON/Pt yang sesuai serta rangkaian ekivalennya ditunjukkan pada Gambar. 3(b). Seperti yang diamati, plot Nyquist menunjukkan ekor kapasitansi setengah lingkaran dan dielektrik, yang merupakan karakteristik dielektrik penghantar film tipis dengan proses relaksasi massal yang diapit di antara kontak pemblokiran.^[17]. Konduktivitas ionik (σi) film tipis LiSiON dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan. (1).

σi=d/(RA)

Gambar 3 (a) Spektrum spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) dari film tipis LiSiON yang diendapkan dalam kondisi berbeda; (b) Ilustrasi skema struktur sandwich Pt/LiSiON/Pt dan rangkaian ekivalennya; (c) Kurva CV film tipis LiSiON yang diendapkan pada kondisi berbeda; (d) Kurva kronoamperometri sampel LiSiON-100N9A1

dimana d adalah ketebalan film, A adalah area efektif (sekitar 1 cm2), dan R adalah resistensi film yang diperkirakan dari plot Nyquist yang diukur. Konduktivitas ionik yang dihitung untuk film tipis LiSiON ini dibandingkan pada Tabel 1. Seperti yang diamati, konduktivitas ionik film tipis LiSiON yang diendapkan pada aliran konstan 90 sccm N2 meningkat seiring dengan meningkatnya daya sputtering dari 80 W menjadi 100 W, kemudian menurun ketika daya sputtering ditingkatkan hingga 120 W, serupa dengan laporan sebelumnya mengenai elektrolit LiPON^[18]. Peningkatan nyata dalam konduktivitas ionik dapat diamati ketika rasio N2 dalam gas kerja dengan daya sputtering konstan 100 W ditingkatkan, yang dapat dikaitkan dengan peningkatan jumlah nitrogen yang dimasukkan ke dalam LiSiON dengan lingkungan yang lebih menguntungkan bagi ion litium. gerakan^{[5, 18]}. Terlihat jelas bahwa sampel LiSiON- 100N9 dan LiSiON-100N9A1 menunjukkan konduktivitas ionik tertinggi masing-masing sebesar 7,1×10-6 dan 6,3×10-6 S∙cm-1 , yang jelas lebih tinggi dari LiPON yang terkenal (~2×10-6 S∙cm-1), yang dilaporkan sebelumnya LiNbO3 amorf (~1×10-6 S∙cm{{19} })^[19], LiBON (2,3×10-6 S∙cm-1)^[20], Li-V-Si-O (~1×10-6 S∙cm-1)^[21], Li-La-Zr-O (4×10-7 S∙cm-1)^[22], dan Li-Si-PO (1,6×10-6 S∙cm-1)^[23]film elektrolit, mengungkapkan bahwa film tipis LiSiON amorf merupakan kandidat kompetitif sebagai elektrolit untuk TFLB. Konduktivitas ion yang tinggi pada film tipis LiSiON dapat dikaitkan dengan penggabungan N ke dalam film tipis dan pembentukan ikatan Si-N alih-alih ikatan Si-O, sehingga menghasilkan jaringan anionik yang lebih retikulasi untuk mobilitas ion litium yang lebih mudah.^{[17, 24]}. Jendela tegangan stabil elektrokimia dari film tipis LiSiON dievaluasi dengan pengukuran CV pada kecepatan pemindaian 5 mV∙s-1 dengan tegangan hingga 5,5 V. Perlu diperhatikan bahwa dampak kondisi pengendapan pada tegangan Jendela film LiSiON bervariasi, yang tidak dapat dijelaskan dengan mekanisme yang jelas saat ini karena belum ada penelitian yang relevan dalam laporan sebelumnya tentang elektrolit film tipis.^[18,24-25]. Namun demikian, dibandingkan pada Gambar 3(c) dan Tabel 1, sampel LiSiON-100N9A1 dan LiSiON- 100N5A5 menunjukkan jendela tegangan terluas ~5.0 dan ~5,2 V , masing-masing, yang dekat dengan elektrolit LiPON. Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan konduktivitas ionik dan jendela tegangan, sampel LiSiON- 100N9A1 dipilih untuk penyelidikan lebih lanjut dan pembuatan sel penuh. Untuk mengeksplorasi bilangan transferensi ion litium (τi) dan konduktivitas elektronik (σe) sampel LiSiON-100N9A1, kronoamperometri selanjutnya dilakukan pada tegangan konstan 10 mV (Gbr. 3(d)). τi dapat dihitung dengan Persamaan. (2).

τi=(Ib-Ie)/Ib

dimana Ib adalah arus polarisasi awal, dan Ie adalah arus kondisi tunak^[18]. τi dihitung sebesar 0,998, yang mendekati 1, yang menunjukkan bahwa konduksi ion litium sangat dominan dalam elektrolit. τi ditentukan oleh efek campuran konduksi ion dan elektron^[24], yang dapat diungkapkan dengan Persamaan. (3).

τi=σi/(σi+σe)

Jadi, σe sampel LiSiON-100N9A1 dihitung sebesar 1,26×10-8 S∙cm-1, yang dapat diabaikan dibandingkan dengan konduktivitas ionnya.

Tabel 1 Perbandingan konduktivitas ion litium dan jendela tegangan film tipis LiSiON yang diendapkan dalam kondisi berbeda

Untuk memverifikasi kelayakan sampel LiSiON{{0}}N9A1 yang dioptimalkan untuk aplikasi TFLB, MoO3/LiSiON/Li TFLB dibuat lebih lanjut. Gambar FESEM penampang dan gambar pemetaan EDS yang sesuai dari TFLB MoO3/LiSiON/Li ditunjukkan pada Gambar. 4(a). Seperti yang diamati, katoda MoO3 (ketebalan sekitar 1,1 μm) dan anoda Li dipisahkan dengan baik oleh elektrolit LiSiON, dan elektrolit LiSiON memiliki antarmuka kontak yang erat dengan katoda dan anoda. Gambar 4(b) menampilkan kurva CV khas TFLB pada kecepatan pemindaian 0,1 mV∙s-1 antara 1.5-3,5 V, yang menunjukkan sepasang puncak redoks yang terdefinisi dengan baik sekitar 2,25 dan 2,65 V, sesuai dengan penyisipan ion litium ke dalam dan ekstraksi dari MoO3^[10]. Gambar 4(c) menggambarkan 3 kurva pengisian/pengosongan galvanostatik awal TFLB pada rapat arus 50 mA∙g-1 (20 μA∙cm-2, berdasarkan massa film MoO3 ). Seperti yang diamati, TFLB memberikan kapasitas pengisian/pengosongan awal sebesar 145/297 mAh∙g-1 (58/118,8 μAh∙cm-2). Setelah siklus ke-2, perilaku bersepeda stabil dengan kapasitas spesifik reversibel tinggi sebesar 282 mAh∙g-1 dicapai oleh TFLB. Tingkat kinerja TFLB pada berbagai kepadatan arus digambarkan pada Gambar. 4 (d). Hilangnya kapasitas TFLB yang tidak dapat diubah dalam beberapa siklus awal pada kepadatan arus rendah dapat dikaitkan dengan transisi fase yang tidak dapat diubah dalam MoO3 yang diperoleh dari penyisipan litium^[26]. Kapasitas pengosongan yang stabil sekitar 219, 173, 107, dan 50 mAh∙g-1 diamati pada 100, 200, 400, dan 800 mA∙g-1, masing-masing, menunjukkan kemampuan laju yang baik. Untuk mengevaluasi stabilitas elektrokimia TFLB, kinerja siklus selanjutnya dilakukan pada kerapatan arus 200 mA∙g-1 (Gbr. 4(e)). TFLB dapat mempertahankan 78,1% dari kapasitas pelepasan awalnya setelah 200 siklus, dan efisiensi Coulomb mendekati 100% untuk setiap siklus, menunjukkan stabilitas elektrokimia elektrolit LiSiON yang dapat diterima. Pengukuran EIS selanjutnya dilakukan pada tegangan rangkaian terbuka untuk menyelidiki antarmuka elektrolit / elektroda di TFLB pada nomor siklus yang berbeda, dan plot Nyquist yang sesuai dengan rangkaian ekivalen digambarkan pada Gambar 4 (f). Seperti yang diamati, TFLB MoO3/LiSiON/Li menunjukkan spektrum EIS serupa yang terdiri dari dua setengah lingkaran di wilayah frekuensi tinggi dalam keadaan segar dengan spektrum TFLB MoO3/LiPON/Li dalam penelitian kami sebelumnya^[10], menunjukkan bahwa resistansi antarmuka Li/LiSiON dapat diabaikan dibandingkan dengan resistansi antarmuka LiSiON/MoO3^[20]. Setengah lingkaran kecil pertama pada plot Nyquist dikaitkan dengan konduksi ionik ion Li+ dalam elektrolit LiSiON, sedangkan setengah lingkaran besar kedua berkaitan dengan proses transfer muatan pada antarmuka LiSiON/MoO3^[27,28]. Perlu dicatat bahwa setengah lingkaran kecil pertama jarang berubah selama siklus, menunjukkan stabilitas siklik elektrolit LiSiON yang relatif baik. Namun, setengah lingkaran kedua secara bertahap meluas seiring dengan berkembangnya nomor siklus, menunjukkan peningkatan resistensi antarmuka LiSiON/MoO3 selama siklus, yang dapat menjadi alasan utama berkurangnya kapasitas TFLB^[29]. Perlu disebutkan bahwa penelitian ini berhasil mengadopsi elektrolit LiSiON untuk membangun TFLB dan menunjukkan kontak antarmuka yang baik antara LiSiON dengan katoda MoO3 dan anoda litium untuk pertama kalinya. Selain itu, kapasitas spesifik yang besar, kemampuan laju yang baik, dan kinerja siklus yang dapat diterima dari TFLB MoO3/LiSiON/Li menunjukkan bahwa film tipis LiSiON dapat diterapkan dengan baik sebagai elektrolit untuk TFLB.

Gambar 4 (a) Gambar FESEM penampang dan gambar pemetaan EDS yang sesuai dari TFLB MoO3/LiSiON/Li; (b) Kurva CV tipikal, (c) tiga kurva pengisian/pengosongan awal, (d) kinerja laju, (e) kinerja siklus, dan (f) spektrum EIS pada nomor siklus berbeda dari TFLB MoO3/LiSiON/Li dengan sampel LiSiON -100N9A1 sebagai elektrolit

3 Kesimpulan

Singkatnya, elektrolit film tipis LiSiON amorf berhasil dibuat dengan sputtering magnetron RF menggunakan target Li2SiO3 dengan aliran gas N2/Ar. Film tipis LiSiON yang dioptimalkan yang disimpan di bawah daya RF 100 W pada aliran 90 sccm N2 dan 10 sccm Ar memiliki permukaan halus, struktur padat, konduktivitas ion tinggi (6,3×10-6 S∙cm-1) , dan jendela tegangan lebar (5 V), menjadikannya bahan elektrolit yang menjanjikan untuk TFLB. Lebih penting lagi, dengan menggunakan elektrolit LiSiON, TFLB MoO3/LiSiON/Li berhasil didemonstrasikan untuk pertama kalinya dengan kapasitas spesifik tinggi (282 mAh∙g-1 pada 50 mA∙g-1), bagus tingkat kinerja (50 mAh∙g-1 pada 800 mA∙g-1), dan stabilitas siklus yang dapat diterima (retensi kapasitas 78,1% setelah 200 siklus). Pekerjaan ini diharapkan dapat membawa peluang baru untuk mengembangkan TFLB berkinerja tinggi dengan menggunakan elektrolit film tipis berbasis Li2O-SiO2.

Referensi

[1] MOITZHEIM S, PUT B, VEREECKEN P M. Maju dalam baterai Li-ion film tipis 3D. Antarmuka Material Tingkat Lanjut, 2019,6(15):1900805.
[2] XIA Q, ZHANG Q, SUN S, dkk. Terowongan susunan nanosheet LixMnO2 antar pertumbuhan sebagai katoda 3D untuk baterai mikro litium film tipis solid-state berkinerja tinggi. Materi Lanjutan, 2021,33(5):2003524.
[3] DENG Y, EAMES C, FLEUTOT B, dkk. Meningkatkan konduktivitas ion litium dalam elektrolit padat konduktor superionik litium (LISICON) melalui efek polianion campuran. Materi & Antarmuka Terapan ACS, 2017,9(8):7050-7058.
[4] BATES JB, DUDNEY NJ, GRUZALSKI GR, dkk. Fabrikasi dan karakterisasi film tipis elektrolit litium amorf dan baterai film tipis yang dapat diisi ulang. Jurnal Sumber Daya, 1993,43(1/2/3):103-110.
[5] BATES J. Sifat listrik film tipis elektrolit litium amorf. Ionik Keadaan Padat, 1992,53(56):647-654.
[6] FAMPRIKIS T, GALIPAUD J, CLEMENS O, dkk. Ketergantungan komposisi konduktivitas ionik dalam elektrolit film tipis LiSiPO(N) untuk baterai solid-state. Material Energi Terapan ACS, 2019,2(7):4782-4791.
[7] DENG Y, EAMES C, CHOTARD JN, dkk. Wawasan struktural dan mekanistik tentang konduksi litium-ion cepat dalam elektrolit padat Li4SiO4- Li3PO4. Jurnal American Chemical Society, 2015,137(28):9136-9145.
[8] CHEN R, SONG X. Konduktivitas ionik elektrolit padat untuk sistem Li4+xMxSi1-xO4-yLi2O (M=Al, B). Jurnal Masyarakat Kimia Cina, 2002,49:7-10.
[9] ADNAN S, MOHAMED N S. Pengaruh substitusi Sn terhadap sifat elektrolit keramik Li4SiO4. Ionik Keadaan Padat, 2014,262:559-562.
[10] SUN S, XIA Q, LIU J, dkk. Susunan nanoflake -MoO3-x kekurangan oksigen yang berdiri sendiri sebagai katoda 3D untuk baterai litium film tipis solid-state yang canggih. Jurnal Materiomik, 2019,5(2):229-236.
[11] DING W, LU W, DENG X, dkk. Sebuah studi XPS tentang struktur film SiNx yang diendapkan oleh sputtering magnetron microwave ECR. Acta Physica Sinica, 2009,58(6):4109-4116.
[12] KIM H, KIM Y. Nitridasi parsial Li4SiO4 dan konduktivitas ionik Li4. 1SiO3. 9N0. 1Keramik Internasional, 2018,44(8):9058-9062.
[13] MARIKO M, HIDEMASA K, TOMOYUKI O, dkk. Analisis anoda SiO untuk baterai lithium-ion. Jurnal Masyarakat Elektrokimia, 2005,152(10):A2089.
[14] FINGERLE M, BUCHHEIT R, SICOLO S, dkk. Pembentukan lapisan reaksi dan muatan ruang pada antarmuka LiCoO2-LiPON: wawasan tentang pembentukan cacat dan penyelarasan tingkat energi ion melalui pendekatan simulasi sains permukaan gabungan. Bahan Kimia, 2017,29(18):7675-7685.
[15] WEST W, HOOD Z, ADHIKARI S, dkk. Pengurangan resistensi transfer muatan pada antarmuka elektrolit-elektroda padat dengan deposisi laser berdenyut film dari sumber kristal Li2PO2N. Jurnal Sumber Daya, 2016,312:116-122.
[16] SICOLO S, FINGERLE M, HAUSBRAND R, dkk. Ketidakstabilan antarmuka LiPON amorf terhadap litium: teori fungsional kepadatan gabungan dan studi spektroskopi. Jurnal Sumber Daya, 2017,354:124-133.
[17] WU F, LIU Y, CHEN R, dkk. Persiapan dan kinerja elektrolit film tipis Li-Ti-Si-PON baru untuk baterai lithium film tipis. Jurnal Sumber Daya, 2009,189(1):467-470.
[18] PUT B, VEREECKEN M, MEERSSCHAUT J, dkk. Karakterisasi listrik lapisan LiPON ultrathin RF-sputter untuk baterai skala nano. Materi & Antarmuka Terapan ACS, 2016,8(11):7060-7069.
[19] NIINOMI H, MOTOYAMA M, IRIYAMA Y. Li+ Konduksi dalam film Li-Nb-O diendapkan dengan metode Sol-Gel. Ionik Keadaan Padat, 2016,285:13-18.
[20] SONG S, LEE K, PARK H. Baterai mikro solid-state fleksibel berkinerja tinggi berdasarkan elektrolit padat litium boron oksinitrida. Jurnal Sumber Daya, 2016,328:311-317.
[21] OHTSUKA H, OKADA S, YAMAKI J. Baterai solid state dengan film tipis elektrolit padat Li2O-V2O5-SiO2. Ionik Keadaan Padat, 1990,40-41:964-966.
[22] Kalita D, Lee S, Lee K, dkk. Sifat konduktivitas ionik elektrolit padat Li-La-Zr-O amorf untuk baterai film tipis. Ionik Keadaan Padat, 2012,229:14-19.
[23] SAKURAI Y, SAKUDA A, HAYASHI A, dkk. Persiapan film tipis Li4SiO4-Li3PO4 amorf dengan deposisi laser berdenyut untuk baterai sekunder lithium solid-state. Ionik Keadaan Padat, 2011,182:59-63.
[24] TANG G, WU F, LI L, dkk. Persiapan sputtering magnetron dari elektrolit film tipis berbasis litium-aluminium-titanium fosfat yang digabungkan dengan nitrogen untuk baterai litium ion solid-state. Jurnal Kimia Fisika C, 2012,116(5):3817-3826.
[25] YU X, BATES JB, JELLISON G, dkk. Elektrolit litium film tipis yang stabil: litium fosfor oksinitrida. Jurnal Masyarakat Elektrokimia, 1997,144(2):524.
[26] KIM H, COOK J, LIN H, dkk. Kekosongan oksigen meningkatkan sifat penyimpanan muatan pseudokapasitif MoO3-x. Bahan Alam, 2017,16:454-460.
[27] LAGU H, WANG S, LAGU X, dkk. Baterai lithium-air solid-state bertenaga surya yang beroperasi pada suhu sangat rendah. Ilmu Energi & Lingkungan, 2020,13(4):1205-1211.
[28] WANG Z, LEE J, XIN H, dkk. Efek lapisan antarmuka elektrolit katoda (CEI) pada siklus jangka panjang baterai film tipis solid-state. Jurnal Sumber Daya, 2016,324:342-348.
[29] QIAO Y, DENG H, HE P, dkk. Sel logam litium 500 Wh/kg berdasarkan redoks anionik. Joule, 2020,4(6):1311-1323.