Tarehe 21 Agosti, Prof. MA Cheng kutoka Chuo Kikuu cha Sayansi na Teknolojia cha China (USTC) na washirika wake walipendekeza mkakati madhubuti wa kushughulikia suala la mawasiliano ya elektroliti ambayo inazuia uundaji wa betri za Li za kizazi kijacho. Electrodi ya utunzi thabiti-imara iliunda kwa njia hii ilionyesha uwezo wa kipekee na utendakazi wa kiwango.
Kubadilisha elektroliti kioevu kikaboni katika betri za kawaida za Li-ioni na elektroliti dhabiti kunaweza kupunguza sana maswala ya usalama, na kunaweza kuvunja "dari ya glasi" kwa uboreshaji wa msongamano wa nishati. Hata hivyo, vifaa vya kawaida vya electrode pia ni yabisi. Kwa kuwa mgusano kati ya vitu vikali viwili karibu hauwezekani kuwa wa karibu kama ule kati ya kigumu na kioevu, kwa sasa betri zinazotegemea elektroliti dhabiti kwa kawaida huonyesha mguso duni wa elektrodi na utendakazi usioridhisha wa seli nzima.
"Suala la mawasiliano ya elektroni-electrolyte la betri za hali dhabiti ni kama nguzo fupi zaidi ya pipa la mbao," alisema Prof. MA Cheng kutoka USTC, mwandishi mkuu wa utafiti huo. "Kwa kweli, kwa miaka hii watafiti tayari wameunda elektroni nyingi bora na elektroliti thabiti, lakini mawasiliano duni kati yao bado yanazuia ufanisi wa usafirishaji wa Li-ion."
Kwa bahati nzuri, mkakati wa MA unaweza kushinda changamoto hii kubwa. Utafiti ulianza na uchunguzi wa atomi kwa atomi wa awamu ya uchafu katika mfano, elektroliti dhabiti yenye muundo wa perovskite. Ingawa muundo wa fuwele ulitofautiana sana kati ya uchafu na elektroliti dhabiti, zilizingatiwa kuunda miingiliano ya epitaxial. Baada ya mfululizo wa uchambuzi wa kina wa kimuundo na kemikali, watafiti waligundua kuwa awamu ya uchafu ni ya kimuundo na elektroni zenye safu nyingi za Li-tajiri. Hiyo ni kusema, elektroliti dhabiti ya mfano inaweza kung'aa kwenye "kiolezo" kilichoundwa na mfumo wa atomiki wa elektrodi ya utendaji wa juu, na kusababisha miingiliano ya karibu sana ya atomiki.
"Kwa kweli hii ni mshangao," mwandishi wa kwanza LI Fuzhen, ambaye kwa sasa ni mwanafunzi aliyehitimu wa USTC. "Kuwepo kwa uchafu katika nyenzo kwa kweli ni jambo la kawaida sana, la kawaida sana kwamba mara nyingi litapuuzwa. Hata hivyo, baada ya kuziangalia kwa karibu, tuligundua tabia hii isiyotarajiwa ya epitaxial, na iliongoza moja kwa moja mkakati wetu wa kuboresha mawasiliano imara-imara."
Ikilinganishwa na mbinu ya kawaida ya kushinikiza-baridi inayokubalika, mkakati uliopendekezwa na watafiti unaweza kutambua mawasiliano ya kina, isiyo na mshono kati ya elektroliti thabiti na elektrodi kwa kiwango cha atomiki, kama inavyoonyeshwa kwenye picha ya hadubini ya elektroni ya azimio la atomiki. (Imetolewa na timu ya MA.)
Kwa kuchukua fursa ya jambo lililotazamwa, watafiti waliangaza kwa makusudi unga wa amofasi na muundo sawa na elektroliti dhabiti yenye muundo wa perovskite kwenye uso wa kiwanja chenye tabaka la Li-tajiri, na kufanikiwa kugundua mgusano wa kina, usio na mshono kati ya nyenzo hizi mbili ngumu katika elektrodi ya mchanganyiko. Suala la mawasiliano ya elektroliti likishughulikiwa, elektrodi ya utunzi thabiti-imara ilitoa uwezo wa kiwango hata kulinganishwa na ule kutoka kwa elektrodi ngumu-kioevu yenye mchanganyiko. Muhimu zaidi, watafiti pia waligundua aina hii ya mawasiliano madhubuti ya epitaxial inaweza kuvumilia utofauti mkubwa wa kimiani, na kwa hivyo mkakati waliopendekeza unaweza kutumika kwa elektroliti zingine nyingi za perovskite na elektroni zilizowekwa safu.
"Kazi hii ilionyesha mwelekeo ambao unapaswa kufuatwa," MA alisema. "Kutumia kanuni iliyotolewa hapa kwa nyenzo nyingine muhimu kunaweza kusababisha utendakazi bora zaidi wa seli na sayansi ya kuvutia zaidi. Tunatazamia hilo."
Watafiti wanakusudia kuendelea na uchunguzi wao katika mwelekeo huu, na kutumia mkakati uliopendekezwa kwa cathodes zingine za uwezo wa juu, zenye uwezo wa juu.
Utafiti huo ulichapishwa kwenye Matter, jarida kuu la Cell Press, lenye kichwa "Atomically Intimate Contact between Solid Electrolytes and Electrodes for Li Betri". Mwandishi wa kwanza ni LI Fuzhen, mwanafunzi aliyehitimu wa USTC. Washiriki wa Prof. MA Cheng ni pamoja na Prof. NAN Ce-Wen kutoka Chuo Kikuu cha Tsinghua na Dk. ZHOU Lin kutoka Maabara ya Ames.
(Shule ya Kemia na Sayansi ya Nyenzo)
Kiungo cha karatasi: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Muda wa kutuma: Juni-03-2019