21 тамызда Қытай Ғылым және Технология Университетінен (USTC) профессор М.А. Ченг және оның әріптестері келесі буын қатты күйдегі Li батареяларының дамуын шектейтін электрод-электролит байланысы мәселесін шешудің тиімді стратегиясын ұсынды. Осылайша жасалған қатты-қатты композиттік электрод ерекше қуаттар мен жылдамдық көрсеткіштерін көрсетті.
Кәдімгі литий-ионды батареялардағы органикалық сұйық электролиттерді қатты электролиттермен ауыстыру қауіпсіздік мәселелерін айтарлықтай жеңілдетеді және энергия тығыздығын жақсарту үшін «әйнек төбені» бұзуы мүмкін. Дегенмен, негізгі электродтық материалдар да қатты заттар болып табылады. Екі қатты дене арасындағы байланыс қатты және сұйық арасындағыдай жақын болу мүмкін емес болғандықтан, қазіргі уақытта қатты электролиттерге негізделген батареялар әдетте нашар электрод-электролит контактісін және қанағаттанарлықсыз толық ұяшық көрсеткіштерін көрсетеді.
«Қатты күйдегі батареялардың электрод-электролиттік байланыс мәселесі ағаш бөшкенің ең қысқа шыбықтарына ұқсайды», - деді зерттеудің жетекші авторы USTC профессоры М.А. Ченг. «Шын мәнінде, осы жылдар ішінде зерттеушілер көптеген тамаша электродтар мен қатты электролиттерді әзірледі, бірақ олардың арасындағы нашар байланыс әлі күнге дейін Li-ионды тасымалдаудың тиімділігін шектейді».
Бақытымызға орай, MA стратегиясы бұл ауыр сынақты жеңе алады. Зерттеу перовскит құрылымды қатты электролиттің прототипіндегі қоспа фазасын атом бойынша зерттеуден басталды. Кристалл құрылымы қоспа мен қатты электролит арасында айтарлықтай ерекшеленсе де, олардың эпитаксиалды интерфейстерді түзетіні байқалды. Бірқатар егжей-тегжейлі құрылымдық және химиялық талдаулардан кейін зерттеушілер қоспалар фазасы жоғары қуатты Li-бай қабат электродтармен изоқұрылымдық екенін анықтады. Яғни, қатты электролиттің прототипі жоғары өнімді электродтың атомдық құрылымымен құрылған «үлгіде» кристалдануы мүмкін, нәтижесінде атомдық интимдік интерфейстер пайда болады.
«Бұл шынымен де тосын сый», - деді бірінші автор Л.И. Фужен, қазіргі уақытта USTC магистранты. "Материалда қоспалардың болуы - бұл өте кең таралған құбылыс, сондықтан олар көп жағдайда еленбейді. Дегенмен, оларды мұқият қарап шыққаннан кейін біз бұл күтпеген эпитаксиалды мінез-құлықты анықтадық және бұл біздің қатты және қатты контактіні жақсарту стратегиямызға тікелей шабыттандырды."
Әдетте қабылданған суық сығымдау әдісімен салыстырғанда, зерттеушілер ұсынған стратегия атомдық рұқсатты электронды микроскопиялық кескінде көрсетілгендей, атомдық масштабтағы қатты электролиттер мен электродтар арасындағы мұқият, үздіксіз байланысты жүзеге асыра алады. (MA командасы ұсынған.)
Байқалған құбылыстың артықшылығын пайдалана отырып, зерттеушілер литий-қабатты қосылыс бетіндегі перовскит құрылымды қатты электролит сияқты құрамы бар аморфты ұнтақты әдейі кристалдандырды және композиттік электродта осы екі қатты материалдың мұқият, біркелкі байланысын сәтті жүзеге асырды. Электрод-электролит контактісі мәселесі қарастырылған кезде мұндай қатты-қатты композиттік электрод қатты-сұйық композиттік электродпен салыстырылатын жылдамдық мүмкіндігін берді. Ең бастысы, зерттеушілер эпитаксиалды қатты-қатты контактінің бұл түрі үлкен тордың сәйкессіздігіне төзе алатынын анықтады және осылайша олар ұсынған стратегия көптеген басқа перовскит қатты электролиттер мен қабатты электродтарға да қолданылуы мүмкін.
«Бұл жұмыс ұстануға тұрарлық бағытты көрсетті», - деді М.А. «Осы жерде көтерілген принципті басқа маңызды материалдарға қолдану жасушалардың жақсы жұмыс істеуіне және ғылымның қызықты болуына әкелуі мүмкін. Біз оны асыға күтеміз».
Зерттеушілер осы бағыттағы барлау жұмыстарын жалғастырып, ұсынылған стратегияны басқа жоғары қуатты, жоғары потенциалды катодтарға қолдануға ниетті.
Зерттеу Cell Press журналының «Matter» журналында «Қатты электролиттер мен Li батареяларына арналған электродтар арасындағы атомдық жақын байланыс» деп жарияланды. Бірінші авторы – Л.И.Фужэнь, USTC магистранты. Профессор М.А. Ченнің әріптестері: Цинхуа университетінің профессоры НАН Це-Вэн және Эймс зертханасынан доктор Чжоу Лин.
(Химия және материалтану мектебі)
Қағаз сілтемесі: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Жіберу уақыты: 03 маусым 2019 ж