Avqustun 21-də Çin Elm və Texnologiya Universitetindən (USTC) professor MA Cheng və onun əməkdaşları yeni nəsil bərk cisimli Li batareyalarının inkişafını məhdudlaşdıran elektrod-elektrolit təması problemini həll etmək üçün effektiv strategiya təklif etdilər. Bu şəkildə yaradılmış bərk-bərk kompozit elektrod müstəsna imkanlar və sürət göstəriciləri nümayiş etdirdi.
Adi Li-ion batareyalarındakı üzvi maye elektrolitin bərk elektrolitlərlə dəyişdirilməsi təhlükəsizlik məsələlərini xeyli yüngülləşdirə və enerji sıxlığının yaxşılaşdırılması üçün “şüşə tavanı” poza bilər. Bununla belə, əsas elektrod materialları da bərk maddələrdir. İki bərk cisim arasındakı əlaqənin bərk və maye arasındakı əlaqə qədər yaxın olması demək olar ki, qeyri-mümkün olduğundan, hazırda bərk elektrolitlərə əsaslanan batareyalar adətən zəif elektrod-elektrolit təması və qeyri-qənaətbəxş tam hüceyrə performansı nümayiş etdirir.
Tədqiqatın aparıcı müəllifi USTC-dən professor MA Çenq dedi: “Bərk vəziyyətdə olan akkumulyatorların elektrod-elektrolit təması məsələsi bir qədər taxta çəlləyin ən qısa çubuğuna bənzəyir”. "Əslində, bu illər ərzində tədqiqatçılar artıq bir çox əla elektrodlar və bərk elektrolitlər hazırlamışlar, lakin onların arasındakı zəif təmas hələ də Li-ion daşınmasının səmərəliliyini məhdudlaşdırır."
Xoşbəxtlikdən, MA-nın strategiyası bu nəhəng problemin öhdəsindən gələ bilər. Tədqiqat prototip, perovskit strukturlu bərk elektrolitdə çirk fazasının atom-atom müayinəsi ilə başladı. Kristal strukturu çirk və bərk elektrolit arasında çox fərqli olsa da, onların epitaksial interfeyslər əmələ gətirdiyi müşahidə edilmişdir. Bir sıra təfərrüatlı struktur və kimyəvi analizlərdən sonra tədqiqatçılar yüksək tutumlu Li ilə zəngin laylı elektrodlarla çirk fazasının izostruktur olduğunu aşkar etdilər. Yəni prototip bərk elektrolit yüksək performanslı elektrodun atom çərçivəsi ilə əmələ gələn “şablon” üzərində kristallaşa bilər və nəticədə atomik intim interfeyslər yaranır.
Hazırda USTC-nin aspirantı olan birinci müəllif LI Fuzhen “Bu, həqiqətən də sürprizdir” dedi. "Materialda çirklərin olması əslində çox adi bir hadisədir, o qədər tez-tez rast gəlinir ki, çox vaxt onlara məhəl qoyulmayacaq. Lakin onlara yaxından nəzər saldıqdan sonra biz bu gözlənilməz epitaksial davranışı aşkar etdik və bu, möhkəm-möhkəm təması yaxşılaşdırmaq üçün strategiyamıza birbaşa ilham verdi."
Ümumi qəbul edilmiş soyuq presləmə yanaşması ilə müqayisədə, tədqiqatçılar tərəfindən təklif olunan strategiya atom miqyasında bərk elektrolitlər və elektrodlar arasında hərtərəfli, qüsursuz əlaqəni həyata keçirə bilər.
Müşahidə olunan fenomendən istifadə edən tədqiqatçılar, Li ilə zəngin laylı birləşmənin səthində perovskit strukturlu bərk elektrolitlə eyni tərkibə malik olan amorf tozu qəsdən kristallaşdırdılar və kompozit elektrodda bu iki bərk material arasında hərtərəfli, qüsursuz əlaqəni uğurla həyata keçirdilər. Elektrod-elektrolit əlaqə problemi həll edildikdə, belə bərk-bərk kompozit elektrod, bərk-maye kompozit elektrodla müqayisə edilə bilən sürət qabiliyyətini təmin etdi. Daha da əhəmiyyətlisi, tədqiqatçılar bu tip epitaksial bərk-bərk kontaktın böyük qəfəs uyğunsuzluqlarına dözə biləcəyini və beləliklə, onların təklif etdikləri strategiyanın bir çox digər perovskit bərk elektrolitlərinə və laylı elektrodlara da tətbiq oluna biləcəyini tapdılar.
"Bu iş izləməyə dəyər bir istiqamətə işarə etdi" dedi MA. "Burada qaldırılan prinsipi digər mühüm materiallara tətbiq etmək daha yaxşı hüceyrə performansına və daha maraqlı elmlərə səbəb ola bilər. Biz bunu səbirsizliklə gözləyirik."
Tədqiqatçılar bu istiqamətdə kəşfiyyatlarını davam etdirmək və təklif olunan strategiyanı digər yüksək tutumlu, yüksək potensiallı katodlara tətbiq etmək niyyətindədirlər.
Tədqiqat Cell Press-in qabaqcıl jurnalı olan Matter-də “Bərk elektrolitlər və Li batareyaları üçün elektrodlar arasında atomik intim əlaqə” başlıqlı dərc edilib. İlk müəllif USTC-nin aspirantı LI Fuzhendir. Professor MA Çenqin əməkdaşları arasında Tsinghua Universitetindən Prof. NAN Ce-Ven və Ames Laboratoriyasından Dr. ZHOU Lin var.
(Kimya və Material Elmləri Məktəbi)
Kağız linki: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Göndərmə vaxtı: 03 iyun 2019-cu il