Published June 26, 2020 | Version v1
Journal article

High Areal capacity porous Sn-Au Alloys with Long cycle Life for Li- ion Microbatteries

Others:
Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie (LAAS-ISGE) ; Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS) ; Université Toulouse 1 Capitole (UT1) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Équipe Nano-ingénierie et intégration des oxydes métalliques et de leurs interfaces (LAAS-NEO) ; Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS) ; Université Toulouse 1 Capitole (UT1) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Énergie Matériaux Télécommunications - INRS (EMT-INRS) ; Institut National de la Recherche Scientifique [Québec] (INRS)-Université du Québec à Montréal = University of Québec in Montréal (UQAM)
ERC, Consolidator Grant, ERC-2017-CoG, Project 771793 3D-CAP
European Project: 771793,H2020,ERC-2017-COG,ERC 3D-CAP(2018)

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Description

Long-term stability is one of the most desired functionalities of energy storage microdevices for wearable electronics, wireless sensor networks and the upcoming internet of things. Although Li-ion microbatteries have become the dominant energy-storage technology for on-chip electronics, the extension of lifetime of these components remains a fundamental hurdle to overcome. Here, we develop an ultra-stable porous anode based on SnAu alloys able to withstand a high specific capacity exceeding 100 µAh cm−2 at 3 C rate for more than 6000 cycles of charge/discharge. Also, this new anode material exhibits low potential (0.2 V versus lithium) and one of the highest specific capacity ever reported at low Crates (7.3 mAh cm−2 at 0.1 C). We show that the outstanding cyclability is the result of a combination of many factors, including limited volume expansion, as supported by density functional theory calculations. This finding opens new opportunities in design of long-lasting integrated energy storage for self-powered microsystems.

Abstract

International audience

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Created:
December 4, 2022
Modified:
November 30, 2023