Nan dat 21 out, Pwofesè MA Cheng nan Inivèsite Syans ak Teknoloji Lachin (USTC) ak kolaboratè li yo te pwopoze yon estrateji efikas pou adrese pwoblèm kontak elektwòd-elektwolit ki limite devlopman pil Li solid-state pwochen jenerasyon an. Elektwòd konpoze solid-solid ki te kreye nan fason sa a te montre kapasite ak pèfòmans vitès eksepsyonèl.
Ranplase elektwolit likid òganik la nan pil Li-ion konvansyonèl yo ak elektwolit solid ka soulaje pwoblèm sekirite yo anpil, epi potansyèlman kraze "plafon an vè" pou amelyorasyon dansite enèji. Sepandan, materyèl elektwòd òdinè yo se solid tou. Piske kontak ant de solid prèske enposib pou l osi entim ke sa ki genyen ant solid ak likid, kounye a pil ki baze sou elektwolit solid yo tipikman montre yon kontak elektwòd-elektwolit pòv ak pèfòmans selil konplè ki pa satisfezan.
“Pwoblèm kontak elektwòd-elektwolit nan pil solid yo se yon ti jan tankou baton ki pi kout nan yon barik an bwa,” te di Pwofesè MA Cheng nan USTC, otè prensipal etid la. “An reyalite, pandan ane sa yo chèchè yo te deja devlope anpil elektwòd ak elektwolit solid ekselan, men move kontak ant yo toujou limite efikasite transpò Li-ion an.”
Erezman, estrateji MA a ka simonte defi formidab sa a. Etid la te kòmanse avèk egzamen atòm pa atòm yon faz enpurte nan yon pwototip, yon elektwolit solid ki gen estrikti perovskit. Malgre ke estrikti kristal la te diferan anpil ant enpurte a ak elektwolit solid la, yo te obsève ke yo fòme entèfas epitaksi. Apre yon seri analiz estriktirèl ak chimik detaye, chèchè yo te dekouvri ke faz enpurte a izostriktirèl ak elektwòd kouch rich an Li ki gen gwo kapasite yo. Sa vle di, yon pwototip elektwolit solid ka kristalize sou "modèl" ki fòme pa estrikti atomik yon elektwòd pèfòmans segondè, sa ki lakòz entèfas atomikman entim.
“Sa a se vreman yon sipriz,” te di premye otè a, LI Fuzhen, ki se kounye a yon etidyan gradye nan USTC. “Prezans enpurte nan materyèl la se aktyèlman yon fenomèn trè komen, tèlman komen ke pifò tan yo pral inyore yo. Sepandan, apre nou fin gade yo byen, nou te dekouvri konpòtman epitaksyal inatandi sa a, epi li te dirèkteman enspire estrateji nou an pou amelyore kontak solid-solid la.”
Konpare ak apwòch presyon frèt ki pi souvan adopte a, estrateji chèchè yo pwopoze a ka reyalize yon kontak konplè ak san pwoblèm ant elektwolit solid yo ak elektwòd yo nan echèl atomik la, jan imaj mikwoskòp elektwonik rezolisyon atomik la parèt. (Ekip MA a bay sa.)
Lè yo te pwofite fenomèn yo te obsève a, chèchè yo te kristalize poud amorf la entansyonèlman avèk menm konpozisyon ak elektwolit solid ki gen estrikti perovskit la sou sifas yon konpoze an kouch rich an Li, epi yo te reyisi reyalize yon kontak konplè ak san pwoblèm ant de materyèl solid sa yo nan yon elektwòd konpoze. Lè pwoblèm kontak elektwòd-elektwolit la te rezoud, yon elektwòd konpoze solid-solid konsa te delivre yon kapasite vitès menm konparab ak sa ki soti nan yon elektwòd konpoze solid-likid. Pi enpòtan toujou, chèchè yo te jwenn tou ke kalite kontak epitaksyal solid-solid sa a ka tolere gwo dezekilib nan rezo a, e konsa estrateji yo te pwopoze a ta ka aplikab tou a anpil lòt elektwòdit solid perovskit ak elektwòd an kouch.
“Travay sa a montre yon direksyon ki vo lapenn pouswiv,” MA te di. “Aplike prensip ki soulve la a nan lòt materyèl enpòtan yo ta ka mennen nan pi bon pèfòmans selilè ak syans ki pi enteresan. Nou pa ka tann li.”
Chèchè yo gen entansyon kontinye eksplorasyon yo nan direksyon sa a, epi aplike estrateji yo pwopoze a nan lòt katod ki gen gwo kapasite ak gwo potansyèl.
Etid la te pibliye sou Matter, yon jounal prensipal Cell Press, ki gen tit "Atomically Intimate Contact between Solid Electrolytes and Electrodes for Li Batries". Premye otè a se LI Fuzhen, yon etidyan gradye nan USTC. Kolaboratè Pwofesè MA Cheng yo enkli Pwofesè NAN Ce-Wen nan Inivèsite Tsinghua ak Dr. ZHOU Lin nan Laboratwa Ames.
(Fakilte Chimi ak Syans Materyèl)
Lyen papye a: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Dat piblikasyon: 3 jen 2019