21-августта Кытайдын Илим жана технология университетинен (USTC) профессор MA Ченг жана анын кызматкерлери кийинки муундагы катуу абалдагы Li батарейкаларынын өнүгүшүн чектеген электрод-электролит байланыш маселесин чечүү үчүн натыйжалуу стратегияны сунушташты. Ушундай жол менен түзүлгөн катуу-катуу курама электрод өзгөчө кубаттуулуктарды жана ылдамдык көрсөткүчтөрүн көрсөттү.
Кадимки Li-ion батареяларындагы органикалык суюк электролиттерди катуу электролиттер менен алмаштыруу коопсуздук маселелерин бир топ жеңилдетет жана энергиянын тыгыздыгын жакшыртуу үчүн "айнек шыптарды" бузушу мүмкүн. Бирок, негизги электрод материалдары да катуу болуп саналат. Эки катуу заттын ортосундагы байланыш катуу жана суюктуктун ортосундагыдай жакын болушу мүмкүн эмес болгондуктан, учурда катуу электролиттерге негизделген батарейкалар, адатта, начар электрод-электролит контакттарын жана канааттандырарлык эмес толук клетка көрсөткүчтөрүн көрсөтөт.
«Катуу абалдагы батареялардын электрод-электролиттик контакт маселеси бир аз жыгач бочканын эң кыска таякчасына окшош», - дейт изилдөөнүн башкы автору, USTC профессору MA Ченг. "Чындыгында, бул жылдар бою изилдөөчүлөр көптөгөн мыкты электроддорду жана катуу электролиттерди иштеп чыгышты, бирок алардын ортосундагы начар байланыш дагы эле Li-ion транспортунун натыйжалуулугун чектеп жатат."
Бактыга жараша, MA стратегиясы бул коркунучтуу кыйынчылыкты жеңе алат. Изилдөө прототиби, перовскит-структуралуу катуу электролиттин аралашма фазасын атом-атом менен изилдөө менен башталды. Кристаллдын структурасы аралашма менен катуу электролиттин ортосунда бир топ айырмаланса да, алар эпитаксиалдык интерфейстерди түзөөрү байкалган. Бир катар деталдуу структуралык жана химиялык анализдерден кийин изилдөөчүлөр ыпластык фазасы жогорку сыйымдуулуктагы Li-бай катмарлуу электроддор менен изоструктуралык экенин аныкташты. Башкача айтканда, прототиби катуу электролит жогорку натыйжалуу электроддун атомдук алкагынан түзүлгөн "шаблондо" кристаллдашып, атомдук интимдик интерфейстерге ээ болот.
"Бул чындап эле сюрприз", - деди биринчи жазуучу LI Fuzhen, ал учурда USTCнун аспиранты. "Материалда аралашмалардын болушу чындыгында өтө кеңири таралган көрүнүш, ошондуктан алар көп учурда көңүл бурулбайт. Бирок, аларды кылдаттык менен карап чыккандан кийин, биз бул күтүлбөгөн эпитаксиалдык жүрүм-турумду таптык жана бул биздин катуу жана катуу контактты жакшыртуу стратегиябызга түздөн-түз дем берди."
Жалпы кабыл алынган муздак басуу ыкмасына салыштырмалуу, изилдөөчүлөр тарабынан сунушталган стратегия атомдук резолюциядагы электрондук микроскопиянын сүрөттөлүшүндө чагылдырылган атомдук масштабдагы катуу электролиттер менен электроддордун ортосунда кылдат, үзгүлтүксүз байланышты ишке ашыра алат. (MA командасы тарабынан берилген.)
Байкоочу кубулушту пайдаланып, изилдөөчүлөр Li-бай катмарлуу кошулманын бетинде перовскит-структуралуу катуу электролит менен бирдей курамдагы аморфтук порошокту атайылап кристаллдаштырып, композиттик электроддо бул эки катуу материалдардын ортосундагы кылдат, үзгүлтүксүз байланышты ийгиликтүү ишке ашырышты. Электрод-электролит менен байланыш маселеси каралып жатканда, мындай катуу-катуу композиттик электрод катуу-суюктук аралаш электрод менен салыштырууга боло турган ылдамдыкты камсыз кылды. Андан да маанилүүсү, изилдөөчүлөр эпитаксиалдык катуу-катуу контакттын бул түрү чоң торлордун дал келүүсүнө чыдай аларын, ошондуктан алар сунуш кылган стратегия көптөгөн башка перовскиттик катуу электролиттерге жана катмарлуу электроддорго да колдонулушу мүмкүн.
"Бул иш умтулууга татыктуу багытты көрсөттү" деди М.А. "Бул жерде айтылган принципти башка маанилүү материалдарга колдонуу клетканын жакшыраак иштешине жана кызыктуу илимге алып келиши мүмкүн. Биз аны чыдамсыздык менен күтүп жатабыз."
Окумуштуулар бул багыттагы чалгындоо иштерин улантып, сунушталган стратегияны башка кубаттуу, потенциалдуу катоддорго колдонууга ниеттенүүдө.
Изилдөө Cell Pressтин флагмандык журналы болгон Matter журналында «Катуу электролиттер менен Ли батарейкалары үчүн электроддордун ортосундагы атомдук тыгыз байланыш» деп аталган. Биринчи автору - Л.И. Фужен, УСТЦнын аспиранты. Профессор М.А. Ченг менен иштегендердин арасында Цинхуа университетинен профессор НАН Це-Вэн жана Эймс лабораториясынан доктор Чжоу Лин бар.
(Химия жана материалдык илимдер мектеби)
Кагаз шилтемеси: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Билдирүү убактысы: 03-03-2019-ж