Dènyèman, ekip pwofesè Zhang Qiang nan Depatman Jeni Chimik nan Inivèsite Tsinghua te pibliye rezilta rechèch yo sou konsepsyon estrikti koòdone en/sifas nan materyèl katod ki baze sou manganèz ki gen anpil ityòm pou batri ityòm metal solid-eta. Yo te pwopoze yon estrateji règleman estrikti koòdone estrikti an plas/sifas, konstwi yon chemen Li+/e-chemin rapid ak ki estab, epi ankouraje aplikasyon pratik materyèl katod ityòm ki rich ak manganèz nan batri ityòm tout eta solid.
Batri yo jwe yon wòl enpòtan nan domèn enèji modèn epi yo te reyalize gwo siksè nan aparèy elektwonik pòtab, machin elektrik, ak aplikasyon pou depo enèji nan griy-echèl. Sepandan, pandan y ap amelyore dansite enèji nan pil, asire sekirite pil se kle a. Ak kwasans rapid demann pou amelyore dansite enèji pil yo, teknoloji batri ityòm-ion tradisyonèl ki depann sou materyèl katod tradisyonèl yo ak elektwolit òganik yo te rankontre difikilte teknik nan estabilite sik alontèm, ranje tanperati lajè, ak sekirite. Konpare ak pil ityòm-ion tradisyonèl yo, pil ityòm tout-solid-eta ka kraze nan pi wo limit dansite enèji. Akòz dansite enèji ekselan li yo ak karakteristik sekirite, li te vin tou pi pwomèt teknoloji batri pwochen jenerasyon an. Malgre sa, materyèl katod klasik yo pa ka kounye a satisfè dansite enèji segondè ak kondisyon sekirite nan tout-eta solid-eta ityòm pil. Materyèl katod ki baze sou manganèz ki gen anpil ityòm yo te vin materyèl katod ki pi pwomèt pou batri ityòm tout eta solid akòz kapasite espesifik egzeyat yo Pi gran pase oswa egal a 250 mAh / g, dansite enèji Pi gran pase oswa egal a 1000 Wh / kg , ak kontni Co ak Ni ki ba.
Sepandan, akòz konduktiviti elektwonik ki ba ak reyaksyon redox irevokabl evidan, estrikti koòdone a grav degrade, sa ki fè konpòtman sinetik materyèl katod ki baze sou manganèz ki gen anpil ityòm pandan chaj ak egzeyat andikape. Fenomèn chape oksijèn agrave konpòtman echèk koòdone sa a, ki mennen ale nan dekonpozisyon oksidatif nan elektwolit la, ki an vire detwi estabilite koòdone ant materyèl katod ki baze sou ityòm ki rich Manganèz ak elektwolit.
Konstwi ak kenbe yon chemen ki estab Li + ak e-transpò pou batri a nan eta k ap travay se avantou a pou ankouraje sik la long nan tout-soli-eta pil anba kondisyon pratik. Ekip rechèch la ka konstwi yon chemen Li + / e-chemin ki estab ak rapid nan plas nan materyèl katod / koòdone elektwolit solid la lè li ajiste estrikti koòdone esansyèl / sifas la ak konsepsyon inovatè, ankouraje aktivite reyaksyon redox nan oksijèn anionik, ak amelyore revèsib la nan. reyaksyon redox nan oksijèn anyonik sou sifas materyèl katod batri ityòm tout eta solid nan tanperati chanm, kidonk estabilize koòdone solid-solid vòltaj segondè a.
Figi 1. Dyagram chema modifikasyon estrikti estrikti koòdone esansyèl/sifas materyèl katod ki baze sou ityòm ki rich ak manganèz
Etid sa a te pwopoze yon estrateji sentèz yon sèl etap pou optimize estrikti nan koòdone esansyèl / sifas nan materyèl ityòm ki rich manganèz ki baze sou katod, e li te kreye yon materyèl katod ki baze sou manganèz ki rich ityòm (5W & LRMO) ak yon estrikti entegre en, W doping ak Li2WO4 sifas kouch. Estrikti sa a amelyore estabilite estriktirèl esansyèl nan materyèl katod ki baze sou manganèz ityòm ki rich, amelyore sinetik transfè Li+/e−, ak siyifikativman amelyore aktivite redox kasyon metal tranzisyon ak oksijèn anionik. Konpansasyon chaj nan reyaksyon redox oksijèn anionik pandan pwosesis chaj la ak egzeyat reyalize, kidonk ankouraje revèrsibilite nan reyaksyon redox ion oksijèn sou sifas materyèl katod ki baze sou ityòm ki rich manganèz ak estabilize koòdone wo-vòltaj solid-solid. Koòdone optimize a asire chaj ak egzeyat estabilite nan seri vòltaj segondè a epi li kenbe efikas sinetik Li +/e-transfè sou yon peryòd sik long, kidonk amelyore to itilizasyon sibstans aktif nan materyèl katod konpoze an.
Figi 2. Evolisyon nan sinetik transpò entèfas Li + nan materyèl katod ki baze sou manganèz ki rich ak ityòm pandan premye chaj ak pwosesis egzeyat la.
Etid sa a te revele pwosesis evolisyon enpedans nan koòdone ant katod ki baze sou manganèz ityòm ki rich ak elektwolit la pa tès espektroskopi enpedans in situ (EIS) konbine avèk analiz tan detant (DRT). Metòd pwopoze a pèmèt vizyalizasyon pwosesis evolisyon koòdone pandan premye chaj ak egzeyat ak pwosesis sik long. Etid la byen konprann evolisyon estrikti koòdone ant materyèl katod ki gen manganèz ki gen anpil ityòm ak elektwolit la anvan ak apre modifikasyon. Yo jwenn ke materyèl katod ki baze sou manganèz ki gen anpil ityòm anvan modifikasyon montre reyaksyon redox anyon oksijèn irevokabl nan vòltaj segondè, plis oksidasyon katod ak elektwolit koòdone, sa ki lakòz yon ogmantasyon siyifikatif nan enpedans ak anpeche transmisyon entèfas Li +. Kontrèman, materyèl katod modifye ki gen anpil manganèz ki baze sou ityòm montre kinetik difizyon Li + ki estab / vit, espesyalman nan yon vòltaj segondè nan 4.6 V, minimize chanjman nan valè enpedans entèfas. Se poutèt sa, pi vit ak pi estab transmisyon entèfas Li + ankouraje pa amelyore revèrsibilite nan reyaksyon anyon oksijèn redox. Li pi fasil pou materyèl katod konpoze reyalize aplikasyon endistriyèl ak yon kapasite sifas ~ 3 mAh / cm2 oswa menm pi wo. Nan 25 degre, kapasite sifas 5W & LRMO materyèl katod ki wo nan zòn nan 0.2 C pousantaj se apeprè 2.5 mAh / cm2, ak pousantaj retansyon kapasite a se 88.1% apre 100 sik; nan yon pousantaj segondè nan 1 C, li montre estabilite sik ultra-long, ak yon pousantaj retansyon kapasite nan 84.1% apre 1200 sik. Rechèch la bay yon nouvo fason pou desine estrikti koòdone esansyèl/sifas materyèl katod ki gen manganèz ki gen anpil ityòm ak yon fason efikas pou amelyore dansite enèji pil ityòm ki gen tout eta solid.
1ye oktòb, rezilta rechèch ki enpòtan yo te pibliye nan Journal of American Chemical Society anba tit "Bulk/Interfacial Structure Design of Li-Rich Mn-Based Cathodes pou tout-Solid-State Batteries ityòm".
TOB NEW ENÈJIbay yon seri konplèsolisyon batri eta solid, ki gen ladanmateryèl batri eta solid, ekipman batri eta solid, akliy pwodiksyon batri eta solidsolisyon yo.
