ዩኤስቲሲ የጠንካራ ኤሌክትሮላይቶችን ለሊ ባትሪዎች ጠርሙስ አሸንፏል

እ.ኤ.አ. ነሐሴ 21 ቀን ከቻይና የሳይንስ እና ቴክኖሎጂ ዩኒቨርሲቲ ፕሮፌሰር ኤምኤ ቼንግ እና ተባባሪዎቻቸው የሚቀጥለው ትውልድ ጠንካራ-ግዛት ሊ ባትሪዎችን ልማት የሚገድበው የኤሌክትሮል-ኤሌክትሮላይት ግንኙነት ችግርን ለመፍታት ውጤታማ ስትራቴጂ አቅርበዋል ። ጠንካራ-ጠንካራ ድብልቅ ኤሌክትሮል በዚህ መንገድ የፈጠረው ልዩ አቅም እና የፍጥነት አፈጻጸም አሳይቷል።

የኦርጋኒክ ፈሳሽ ኤሌክትሮላይትን በተለመደው የ Li-ion ባትሪዎች በጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች መተካት የደህንነት ጉዳዮችን በእጅጉ ያቃልላል እና የኃይል ጥንካሬን ለማሻሻል "የመስታወት ጣሪያውን" ሊሰብር ይችላል. ይሁን እንጂ ዋና ዋና የኤሌክትሮዶች ቁሳቁሶችም ጠንካራ ናቸው. በሁለት ጠጣሮች መካከል ያለው ግንኙነት በጠጣር እና በፈሳሽ መካከል ያለውን ያህል መቀራረብ የማይቻል በመሆኑ በአሁኑ ጊዜ በጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች ላይ የተመሰረቱት ባትሪዎች ደካማ ኤሌክትሮ-ኤሌክትሮላይት ግንኙነት እና አጥጋቢ ያልሆኑ የሙሉ ሴል ስራዎችን ያሳያሉ።

የጥናቱ መሪ የሆኑት ዩኤስቲሲ ፕሮፌሰር ኤምኤ ቼንግ "የጠንካራ-ግዛት ባትሪዎች የኤሌክትሮል-ኤሌክትሮላይት ግንኙነት ጉዳይ ከእንጨት በርሜል አጭር ዘንግ ጋር ይመሳሰላል" ብለዋል ። "በእውነቱ በእነዚህ ዓመታት ተመራማሪዎች ብዙ ጥሩ ኤሌክትሮዶችን እና ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶችን ሠርተዋል ነገር ግን በመካከላቸው ያለው ደካማ ግንኙነት አሁንም የ Li-ion መጓጓዣን ውጤታማነት እየገደበ ነው."

እንደ እድል ሆኖ፣ የኤምኤ ስትራቴጂ ይህን አስፈሪ ፈተና ሊያሸንፍ ይችላል። ጥናቱ የጀመረው በፕሮቶታይፕ፣ በፔሮቭስኪት የተዋቀረ ጠንካራ ኤሌክትሮላይት ውስጥ ያለውን የንጽሕና ደረጃ በአቶም-በ-አተም ምርመራ ነው። ምንም እንኳን ክሪስታል አወቃቀሩ በቆሻሻ እና በጠንካራ ኤሌክትሮላይት መካከል በጣም የተለያየ ቢሆንም, ኤፒታክሲያል መገናኛዎችን ሲፈጥሩ ተስተውለዋል. ከተከታታይ ዝርዝር የመዋቅር እና ኬሚካላዊ ትንተናዎች በኋላ ተመራማሪዎች የንጽሕና ደረጃው ከፍተኛ አቅም ባላቸው ሊ-ሀብታም የተደራረቡ ኤሌክትሮዶች ጋር isostructural መሆኑን ደርሰውበታል። ያም ማለት፣ አንድ ፕሮቶታይፕ ጠንካራ ኤሌክትሮላይት በአቶሚክ ማዕቀፍ ከፍተኛ አፈፃፀም ባለው ኤሌክትሮድ በተሰራው “አብነት” ላይ ክሪስታላይዝ ማድረግ ይችላል፣ በዚህም በአቶሚክ ቅርበት ያላቸው መገናኛዎች ይፈጥራል።

በአሁኑ ጊዜ የUSTC የድህረ ምረቃ ተማሪ የሆነው የመጀመሪያው ደራሲ LI Fuzhen “ይህ በእውነት የሚያስገርም ነው። "በቁሳቁስ ውስጥ ያሉ ቆሻሻዎች መኖራቸው በጣም የተለመደ ክስተት ነው, በጣም የተለመደ ስለሆነ ብዙ ጊዜ ችላ ይባላሉ. ነገር ግን እነሱን በጥንቃቄ ከተመለከትን በኋላ, ይህን ያልተጠበቀ የኤፒታክሲያል ባህሪ አግኝተናል, እና ጠንካራ ግንኙነትን ለማሻሻል ስልታችንን አነሳሳ."

በተለምዶ ከሚከተለው የቀዝቃዛ ግፊት አካሄድ ጋር ሲነፃፀር፣ በተመራማሪዎቹ የቀረበው ስልት በአቶሚክ-ጥራት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ ምስል ላይ እንደሚንፀባረቀው በጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች እና ኤሌክትሮዶች መካከል በአቶሚክ ሚዛን ውስጥ የተሟላ እና እንከን የለሽ ግንኙነትን መገንዘብ ይችላል።(በMA ቡድን የቀረበ)

የታየውን ክስተት በመጠቀም ተመራማሪዎቹ ሆን ብለው የ amorphous ዱቄትን በፔሮቭስኪት የተዋቀረ ጠንካራ ኤሌክትሮላይት በሊ-ሀብታም በተነባበረ ውህድ ወለል ላይ ካለው ተመሳሳይ ጥንቅር ጋር ክሪስታላይዝ ያድርጉት እና በተሳካ ሁኔታ በእነዚህ ሁለት ጠንካራ ቁሶች መካከል በተቀነባበረ ኤሌክትሮድ ውስጥ የተሟላ እና እንከን የለሽ ግንኙነት ፈጠሩ። የኤሌክትሮል-ኤሌክትሮላይት ግንኙነት ችግር ከተፈታ፣ እንዲህ ያለው ጠንካራ-ጠንካራ ውህድ ኤሌክትሮድ ከጠንካራ-ፈሳሽ ውህድ ኤሌክትሮድ ጋር ሊወዳደር የሚችል ፍጥነትን ይሰጣል። ከሁሉም በላይ፣ ተመራማሪዎቹ የዚህ ዓይነቱ ኤፒታክሲያል ጠንካራ-ጠንካራ ግንኙነት ትልቅ የላቲስ አለመዛመድን እንደሚታገስ ደርሰውበታል፣ እናም ያቀረቡት ስልት ለብዙ ሌሎች የፔሮቭስኪት ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች እና የንብርብሮች ኤሌክትሮዶችም ተግባራዊ ሊሆን እንደሚችል ተገንዝበዋል።

"ይህ ሥራ ለመከታተል ጠቃሚ የሆነ አቅጣጫ አመልክቷል," MA አለ. "እዚህ የተነሳውን መርህ ወደ ሌሎች አስፈላጊ ቁሳቁሶች መተግበሩ የተሻለ የሕዋስ አፈጻጸም እና የበለጠ ሳቢ ሳይንስን ያመጣል። እሱን በጉጉት እየጠበቅን ነው።"

ተመራማሪዎቹ በዚህ አቅጣጫ ፍለጋቸውን ለመቀጠል አስበዋል, እና የታቀደውን ስልት ወደ ሌሎች ከፍተኛ አቅም እና ከፍተኛ አቅም ካቶዶች ይተገብራሉ.

ጥናቱ "በ Solid Electrolytes እና Electrodes for Li Batterys መካከል ያለው የአቶሚክ የቅርብ ግንኙነት" በሚል ርእስ በሴል ፕሬስ ባንዲራ ጆርናል ላይ ታትሟል። የመጀመሪያው ደራሲ LI Fuzhen ነው፣ የUSTC ተመራቂ ተማሪ። የፕሮፌሰር ኤምኤ ቼንግ ተባባሪዎች ከTsinghua ዩኒቨርሲቲ ፕሮፌሰር NAN ሴ-ዌን እና ዶ/ር ዡ ሊን ከአሜስ ላብራቶሪ ይገኙበታል።

(የኬሚስትሪ እና የቁሳቁስ ሳይንስ ትምህርት ቤት)

የወረቀት አገናኝ፡ https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3