Më 21 gusht, Prof. MA Cheng nga Universiteti i Shkencës dhe Teknologjisë i Kinës (USTC) dhe bashkëpunëtorët e tij propozuan një strategji efektive për të adresuar problemin e kontaktit elektrodë-elektrolit që po kufizon zhvillimin e baterive Li të gjeneratës së ardhshme në gjendje të ngurtë. Elektroda kompozite e ngurtë-e ngurtë e krijuar në këtë mënyrë shfaqi kapacitete dhe performancë të jashtëzakonshme.
Zëvendësimi i elektrolitit të lëngshëm organik në bateritë konvencionale Li-ion me elektrolite të ngurta mund të lehtësojë shumë problemet e sigurisë dhe potencialisht të thyejë "tavanin e qelqtë" për përmirësimin e dendësisë së energjisë. Megjithatë, materialet kryesore të elektrodave janë gjithashtu të ngurta. Meqenëse kontakti midis dy trupave të ngurtë është pothuajse i pamundur të jetë aq i ngushtë sa ai midis ngurtës dhe lëngut, aktualisht bateritë e bazuara në elektrolite të ngurta zakonisht shfaqin kontakt të dobët elektrodë-elektrolit dhe performancë të pakënaqshme të të gjitha qelizave.
“Çështja e kontaktit elektrodë-elektrolit të baterive në gjendje të ngurtë është disi si shufra më e shkurtër e një fuçie druri”, tha Prof. MA Cheng nga USTC, autori kryesor i studimit. “Në fakt, gjatë këtyre viteve, studiuesit kanë zhvilluar tashmë shumë elektroda dhe elektrolite të ngurta të shkëlqyera, por kontakti i dobët midis tyre ende kufizon efikasitetin e transportit të joneve Litium.”
Për fat të mirë, strategjia e MA mund ta kapërcejë këtë sfidë të vështirë. Studimi filloi me ekzaminimin atom për atom të një faze papastërtie në një elektrolit të ngurtë prototip me strukturë perovskiti. Megjithëse struktura kristalore ndryshonte shumë midis papastërtisë dhe elektrolitit të ngurtë, ato u vunë re se formonin ndërfaqe epitaksiale. Pas një serie analizash të hollësishme strukturore dhe kimike, studiuesit zbuluan se faza e papastërtisë është izostrukturale me elektrodat e shtresuara të pasura me Li me kapacitet të lartë. Kjo do të thotë, një elektrolit i ngurtë prototip mund të kristalizohet në "shabllon" të formuar nga korniza atomike e një elektrode me performancë të lartë, duke rezultuar në ndërfaqe atomikisht të afërta.
“Kjo është vërtet një surprizë”, tha autori i parë LI Fuzhen, i cili aktualisht është student i diplomuar në USTC. “Prania e papastërtive në material është në fakt një fenomen shumë i zakonshëm, aq i zakonshëm sa shumicën e kohës ato do të injorohen. Megjithatë, pasi i shqyrtuam nga afër, zbuluam këtë sjellje të papritur epitaksiale dhe kjo frymëzoi drejtpërdrejt strategjinë tonë për përmirësimin e kontaktit të ngurtë me ngurtë.”
Krahasuar me qasjen e zakonshme të presimit në të ftohtë, strategjia e propozuar nga studiuesit mund të realizojë një kontakt të plotë dhe të pandërprerë midis elektroliteve të ngurta dhe elektrodave në shkallë atomike, siç pasqyrohet në imazhin e mikroskopisë elektronike me rezolucion atomik. (Ofruar nga ekipi i MA.)
Duke përfituar nga fenomeni i vëzhguar, studiuesit kristalizuan qëllimisht pluhurin amorf me të njëjtën përbërje si elektroliti i ngurtë me strukturë perovskiti në sipërfaqen e një përbërjeje të pasur me shtresa Li, dhe realizuan me sukses një kontakt të plotë dhe të pandërprerë midis këtyre dy materialeve të ngurta në një elektrodë kompozite. Me zgjidhjen e çështjes së kontaktit elektrodë-elektrolit, një elektrodë e tillë kompozite e ngurtë-e ngurtë ofroi një aftësi shpejtësie madje të krahasueshme me atë të një elektrode kompozite të ngurtë-lëngshme. Më e rëndësishmja, studiuesit zbuluan gjithashtu se ky lloj kontakti epitaksial i ngurtë-i ngurtë mund të tolerojë mospërputhje të mëdha të rrjetës, dhe kështu strategjia që ata propozuan mund të jetë e zbatueshme edhe për shumë elektrolite të tjera të ngurta perovskite dhe elektroda të shtresave.
“Ky punim nxori në pah një drejtim që ia vlen të ndiqet”, tha MA. “Zbatimi i parimit të ngritur këtu në materiale të tjera të rëndësishme mund të çojë në performanca edhe më të mira të qelizave dhe në shkencë më interesante. Ne mezi presim.”
Studiuesit synojnë të vazhdojnë eksplorimin e tyre në këtë drejtim dhe ta zbatojnë strategjinë e propozuar në katoda të tjera me kapacitet dhe potencial të lartë.
Studimi u botua në Matter, një revistë kryesore e Cell Press, me titull “Kontakti Atomik Intim midis Elektrolitëve të Ngurtë dhe Elektrodave për Bateritë Li”. Autori i parë është LI Fuzhen, një student i diplomuar i USTC. Bashkëpunëtorët e Prof. MA Cheng përfshijnë Prof. NAN Ce-Wen nga Universiteti Tsinghua dhe Dr. ZHOU Lin nga Laboratori Ames.
(Shkolla e Kimisë dhe Shkencave të Materialeve)
Lidhja e punimit: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Koha e postimit: 03 qershor 2019