21 avgust kuni Xitoy Fan va Texnologiya Universitetidan (USTC) professor MA Cheng va uning hamkorlari keyingi avlod qattiq xolatli Li akkumulyatorlarining rivojlanishini cheklovchi elektrod-elektrolitlar bilan aloqa qilish muammosini hal qilish uchun samarali strategiyani taklif qilishdi. Shu tarzda yaratilgan qattiq-qattiq kompozit elektrod ajoyib imkoniyatlar va tezlik ko'rsatkichlarini namoyish etdi.
An'anaviy Li-ion batareyalardagi organik suyuqlik elektrolitlarini qattiq elektrolitlar bilan almashtirish xavfsizlik muammolarini sezilarli darajada engillashtiradi va energiya zichligini oshirish uchun "shisha shiftini" buzishi mumkin. Biroq, asosiy elektrod materiallari ham qattiq moddalardir. Ikki qattiq jism o'rtasidagi aloqani qattiq va suyuqlik o'rtasidagi kabi yaqin bo'lish deyarli mumkin emasligi sababli, hozirgi vaqtda qattiq elektrolitlarga asoslangan batareyalar odatda zaif elektrod-elektrolit aloqasi va qoniqarsiz to'liq hujayra ishlashini namoyish etadi.
"Qattiq holatdagi akkumulyatorlarning elektrod-elektrolitlar bilan aloqasi qandaydir yog'och barrelning eng qisqa tayoqchasiga o'xshaydi", dedi tadqiqotning etakchi muallifi USTC professori MA Cheng. "Aslida, bu yillar davomida tadqiqotchilar ko'plab mukammal elektrodlar va qattiq elektrolitlarni ishlab chiqdilar, ammo ular orasidagi zaif aloqa hali ham Li-ion tashish samaradorligini cheklaydi."
Yaxshiyamki, MA strategiyasi bu dahshatli qiyinchilikni engib o'tishi mumkin. Tadqiqot prototip, perovskit strukturali qattiq elektrolitda nopoklik fazasini atomma-atom tekshirish bilan boshlandi. Kristal strukturasi nopoklik va qattiq elektrolitlar o'rtasida katta farq qilsa-da, ular epitaksial interfeyslarni hosil qilishlari kuzatildi. Bir qator batafsil strukturaviy va kimyoviy tahlillardan so'ng, tadqiqotchilar nopoklik fazasi yuqori sig'imli Li ga boy qatlamli elektrodlar bilan izostrukturaviy ekanligini aniqladilar. Ya'ni, qattiq elektrolit prototipi yuqori samarali elektrodning atom ramkasidan hosil bo'lgan "shablon" da kristallanishi mumkin, natijada atomik yaqin interfeyslar paydo bo'ladi.
"Bu haqiqatan ham ajablanib", dedi birinchi muallif LI Fuzhen, hozirda USTC aspiranti. "Materialda nopoklarning mavjudligi juda keng tarqalgan hodisa, shuning uchun ko'pincha ular e'tiborga olinmaydi. Biroq, ularni diqqat bilan ko'rib chiqqanimizdan so'ng, biz bu kutilmagan epitaksial xatti-harakatni aniqladik va bu bizning qattiq-qattiq aloqani yaxshilash strategiyamizga bevosita ilhom berdi ".
Odatda qabul qilingan sovuq presslash usuli bilan solishtirganda, tadqiqotchilar tomonidan taklif qilingan strategiya atom miqyosidagi qattiq elektrolitlar va elektrodlar o'rtasida to'liq, uzluksiz aloqani amalga oshirishi mumkin, bu atom aniqlikdagi elektron mikroskop tasvirida aks ettirilgan. (MA jamoasi tomonidan taqdim etilgan.)
Kuzatilgan hodisadan foydalangan holda, tadqiqotchilar amorf kukunni Li ga boy qatlamli birikma yuzasida perovskit-tuzilishli qattiq elektrolit bilan bir xil tarkibga ega bo'lgan amorf kukunni qasddan kristallashtirdilar va kompozit elektrodda bu ikki qattiq material o'rtasida to'liq, choksiz aloqani muvaffaqiyatli amalga oshirdilar. Elektrod-elektrolitlar bilan aloqa qilish muammosi hal qilinganda, bunday qattiq-qattiq kompozit elektrod qattiq-suyuq kompozit elektrod bilan solishtirish mumkin bo'lgan tezlik qobiliyatini taqdim etdi. Bundan ham muhimi, tadqiqotchilar epitaksial qattiq-qattiq kontaktning bunday turi katta panjara mos kelmasligiga toqat qilishi mumkinligini aniqladilar va shuning uchun ular taklif qilgan strategiya boshqa ko'plab perovskit qattiq elektrolitlari va qatlamli elektrodlarga ham qo'llanilishi mumkin.
"Bu ish izlashga arziydigan yo'nalishni ko'rsatdi", dedi MA. "Bu erda ko'tarilgan printsipni boshqa muhim materiallarga tatbiq etish hujayraning yanada yaxshi ishlashiga va yanada qiziqarli fanga olib kelishi mumkin. Biz buni intiqlik bilan kutamiz."
Tadqiqotchilar ushbu yo‘nalishdagi izlanishlarini davom ettirish niyatida va taklif qilingan strategiyani boshqa yuqori quvvatli, yuqori potentsialli katodlarga ham qo‘llash niyatida.
Tadqiqot Cell Pressning eng muhim jurnali Matterda "Li batareyalari uchun qattiq elektrolitlar va elektrodlar o'rtasidagi atomik yaqin aloqa" deb nomlangan. Birinchi muallif LI Fuzhen, USTC aspiranti. Professor MA Chengning hamkorlari orasida Tsinghua universiteti professori NAN Ce-Ven va Ames laboratoriyasidan doktor ZHOU Lin bor.
(Kimyo va material fanlari maktabi)
Qog'oz havolasi: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Yuborilgan vaqt: 2019 yil 03-iyun