Yn ddiweddar, cyhoeddodd tîm yr Athro Zhang Qiang o'r Adran Peirianneg Gemegol ym Mhrifysgol Tsinghua ganlyniadau ymchwil ar ddyluniad strwythur rhyngwyneb swmp/wyneb deunyddiau catod seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog ar gyfer batris lithiwm metel holl-solet. Roeddent yn cynnig strategaeth reoleiddio strwythur rhyngwyneb swmp/wyneb yn y fan a’r lle, wedi adeiladu llwybr Li +/e− cyflym a sefydlog, ac yn hyrwyddo’r defnydd ymarferol o ddeunyddiau catod seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog mewn batris lithiwm pob cyflwr solet.
Mae batris yn chwarae rhan hanfodol yn y maes ynni modern ac wedi cyflawni llwyddiant mawr mewn dyfeisiau electronig cludadwy, cerbydau trydan, a chymwysiadau storio ynni ar raddfa grid. Fodd bynnag, wrth wella dwysedd ynni batris, sicrhau diogelwch batris yw'r allwedd. Gyda thwf cyflym y galw am wella dwysedd ynni batris, mae'r dechnoleg batri lithiwm-ion traddodiadol sy'n dibynnu ar ddeunyddiau catod traddodiadol ac electrolytau organig wedi dod ar draws tagfeydd technegol mewn sefydlogrwydd beiciau hirdymor, ystod tymheredd eang, a diogelwch. O'i gymharu â batris lithiwm-ion traddodiadol, gall batris lithiwm pob cyflwr solet dorri trwy'r terfyn dwysedd ynni uwch. Oherwydd ei ddwysedd ynni rhagorol a'i nodweddion diogelwch, mae hefyd wedi dod yn dechnoleg batri cenhedlaeth nesaf fwyaf addawol. Er gwaethaf hyn, ni all deunyddiau catod clasurol fodloni gofynion dwysedd ynni uchel a diogelwch batris lithiwm holl-solet ar hyn o bryd. Deunyddiau catod sy'n seiliedig ar fanganîs sy'n llawn lithiwm yw'r deunyddiau catod mwyaf addawol ar gyfer batris lithiwm pob cyflwr solet oherwydd eu gallu i ollwng yn benodol Yn fwy na neu'n hafal i 250 mAh / g, dwysedd ynni Yn fwy na neu'n hafal i 1000 Wh / kg , a chynnwys Co a Ni isel.
Fodd bynnag, oherwydd y dargludedd electronig isel ac adwaith rhydocs anwrthdroadwy amlwg, mae strwythur y rhyngwyneb wedi'i ddiraddio'n ddifrifol, sy'n golygu bod ymddygiad cinetig deunyddiau catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog yn ystod tâl a rhyddhau yn cael ei amharu. Mae ffenomen dianc ocsigen yn gwaethygu'r ymddygiad methiant rhyngwyneb hwn, gan arwain at ddadelfennu ocsideiddiol yr electrolyte, sydd yn ei dro yn dinistrio'r sefydlogrwydd rhyngwyneb rhwng deunyddiau catod lithiwm-gyfoethog sy'n seiliedig ar manganîs ac electrolytau.
Mae adeiladu a chynnal llwybr Li + ac e-gludo sefydlog ar gyfer y batri mewn cyflwr gweithio yn rhagofyniad ar gyfer hyrwyddo'r cylch hir o fatris holl-gyflwr solet o dan amodau ymarferol. Gall y tîm ymchwil adeiladu llwybr Li +/e−-stabl sefydlog a chyflym yn ei le ar y rhyngwyneb deunydd catod / electrolyt solet trwy addasu strwythur y rhyngwyneb swmp / wyneb a dyluniad arloesol, hyrwyddo gweithgaredd adwaith rhydocs ocsigen anionig, a gwella gwrthdroadwyedd. adwaith rhydocs ocsigen anionig ar wyneb y deunydd catod o batri lithiwm holl-solid-state ar dymheredd ystafell, a thrwy hynny sefydlogi'r rhyngwyneb solid-solid foltedd uchel.
Ffigur 1. Diagram sgematig o addasu strategaeth ddylunio strwythur rhyngwyneb swmp/wyneb o ddeunyddiau catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog
Cynigiodd yr astudiaeth hon strategaeth synthesis un cam i wneud y gorau o strwythur rhyngwyneb swmp/wyneb deunyddiau catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog, a chreodd ddeunydd catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog (5W&LRMO) gyda strwythur mewnosodedig swmp, W dopio a Gorchudd wyneb Li2WO4. Mae'r strwythur hwn yn gwella sefydlogrwydd strwythurol swmp deunyddiau catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog, yn gwella cineteg trosglwyddo Li +/e−, ac yn gwella'n sylweddol weithgaredd rhydocs catïonau metel trawsnewidiol ac ocsigen anionig. Cyflawnir iawndal tâl o adweithiau rhydocs ocsigen anionig yn ystod y broses codi tâl a rhyddhau, a thrwy hynny hyrwyddo gwrthdroadwyedd adweithiau rhydocs ïon ocsigen ar wyneb deunyddiau catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog a sefydlogi'r rhyngwyneb solid-solid foltedd uchel. Mae'r rhyngwyneb wedi'i optimeiddio yn sicrhau sefydlogrwydd gwefru a gollwng yn yr ystod foltedd uchel ac yn cynnal cineteg trosglwyddo Li + / e - effeithlon dros gyfnod cylch hir, a thrwy hynny wella cyfradd defnyddio sylweddau gweithredol yn y deunydd catod cyfansawdd.
Ffigur 2. Esblygiad cineteg trafnidiaeth Li+ rhyngwynebol deunyddiau catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog yn ystod y broses wefru a rhyddhau gyntaf
Datgelodd yr astudiaeth hon broses esblygiad rhwystriant y rhyngwyneb rhwng y catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog a'r electrolyte trwy brofion sbectrosgopeg rhwystriant yn y fan a'r lle (EIS) ynghyd â dadansoddiad amser ymlacio (DRT). Mae'r dull arfaethedig yn galluogi delweddu'r broses esblygiad rhyngwyneb yn ystod y broses codi tâl a rhyddhau cyntaf a chylch hir. Mae'r astudiaeth yn deall yn ddwfn esblygiad strwythur y rhyngwyneb rhwng y deunydd catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog a'r electrolyte cyn ac ar ôl ei addasu. Canfyddir bod y deunydd catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog cyn ei addasu yn arddangos adwaith rhydocs ocsigen anion na ellir ei wrthdroi ar foltedd uchel, gan ocsideiddio'r rhyngwyneb catod ac electrolyte ymhellach, gan arwain at gynnydd sylweddol mewn rhwystriant a rhwystro'r trosglwyddiad rhyngwyneb Li +. Mewn cyferbyniad, mae'r deunydd catod wedi'i addasu sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog yn arddangos cineteg trylediad Li + sefydlog / cyflym, yn enwedig ar foltedd uchel o 4.6 V, gan leihau'r newid mewn gwerth rhwystriant rhyngwynebol. Felly, mae trosglwyddiad rhyngwynebol Li + cyflymach a mwy sefydlog yn cael ei hyrwyddo trwy wella gwrthdroadwyedd adwaith rhydocs ocsigen anion. Mae'n haws i ddeunyddiau catod cyfansawdd gyflawni cymwysiadau gradd ddiwydiannol gyda chynhwysedd arwyneb o ~ 3 mAh / cm2 neu hyd yn oed yn uwch. Ar 25 gradd, mae cynhwysedd wyneb y deunydd catod 5W & LRMO llwyth ardal uchel ar gyfradd 0.2 C tua 2.5 mAh / cm2, ac mae'r gyfradd cadw cynhwysedd yn 88.1% ar ôl 100 o gylchoedd; ar gyfradd uchel o 1 C, mae'n dangos sefydlogrwydd beicio ultra-hir, gyda chyfradd cadw capasiti o 84.1% ar ôl 1200 o gylchoedd. Mae'r ymchwil yn darparu ffordd newydd o ddylunio strwythur rhyngwyneb swmp/wyneb deunyddiau catod sy'n seiliedig ar fanganîs lithiwm-gyfoethog a ffordd effeithiol o wella dwysedd ynni batris lithiwm holl-solid-state.
Ar 1 Hydref, cyhoeddwyd y canlyniadau ymchwil perthnasol yn y Journal of the American Chemical Society o dan y teitl "Cynllunio Strwythur Swmp/Rhyngwynebol o Gathodau Li-Rich Mn-Seiliedig ar gyfer Batris Lithiwm Cyflwr Solid".
TOB YNNI NEWYDDyn darparu set lawn odatrysiadau batri cyflwr solet, gan gynnwysdeunyddiau batri cyflwr solet, offer batri cyflwr solet, allinell gynhyrchu batri cyflwr soletatebion.
