Một nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công mạng dẫn Li-ion thủy tinh và phát triển chất điện phân rắn tantalum clorua vô định hình (SE) có độ dẫn Li-ion cao.
Trừu tượng. Nguồn: Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c10602
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ .
Nghiên cứu cho thấy rằng so với SE gốm, SE vô định hình tự phân biệt bằng mạng lưới thủy tinh độc đáo vốn có của chúng để tiếp xúc chặt chẽ giữa rắn-rắn và khả năng thẩm thấu dẫn Li-ion đặc biệt.
Ngoài ra, SE vô định hình có lợi cho việc dẫn Li-ion nhanh và hứa hẹn hiện thực hóa việc sử dụng hiệu quả catốt công suất cao và chu trình ổn định; do đó, chúng làm tăng đáng kể mật độ năng lượng của pin lithium thể rắn (ASSLB).
Tuy nhiên, do dung lượng diện tích của cực âm màng mỏng thấp và độ dẫn ion ở nhiệt độ phòng kém, nên chất dẫn photpho oxynitrit dẫn Li-ion vô định hình (Li 1,9 PO 3,3 N 0,5 , LiPON) kém hơn so với Li-ion thương mại hóa hiện nay. pin về mật độ năng lượng/điện năng.
Để vượt qua thách thức này, cần phát triển các SE vô định hình có độ dẫn Li-ion cao và độ ổn định hóa học (hoặc điện hóa) lý tưởng. Người ta đã tiết lộ rằng các halogenua tinh thể, các hợp chất trong đó các halogen có hóa trị âm, bao gồm florua, clorua, bromua và iodua, hứa hẹn tạo ra ASSLB mật độ năng lượng cao nhờ độ ổn định điện áp cao và độ dẫn ion cao. Tuy nhiên, vẫn còn ít nghiên cứu về phát triển SE clorua vô định hình.
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một loại SE clorua vô định hình mới có độ dẫn Li-ion cao, thể hiện khả năng tương thích tuyệt vời với cực âm niken cao và nhận ra ASSLB mật độ năng lượng cao với phạm vi nhiệt độ rộng và chu trình ổn định.
Các nhà nghiên cứu đã xác định các đặc điểm cấu trúc của ma trận vô định hình LiTaCl 6 bằng cách sử dụng tối ưu hóa toàn cầu đi bộ bề mặt ngẫu nhiên kết hợp với chức năng tiềm năng mạng lưới thần kinh toàn cầu (SSW-NN) để tìm kiếm bề mặt năng lượng toàn chỗ và cộng hưởng từ hạt nhân trạng thái rắn một chiều quang phổ lithium để tách môi trường hóa học, lắp cấu trúc mịn hấp thụ tia X và kính hiển vi điện tử truyền qua nhiệt độ thấp để xác định đặc tính cấu trúc vi mô của ma trận.
Dựa trên tính linh hoạt của thiết kế thành phần, một loạt vật liệu điện phân rắn tổng hợp Li-ion hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí với độ dẫn Li-ion ở nhiệt độ phòng cao nhất lên tới 7 mS cm -1 đã được chuẩn bị thêm, đáp ứng yêu cầu yêu cầu ứng dụng thực tế của ASSLB có độ phóng đại cao.
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã xác minh khả năng ứng dụng của ASSLB được chế tạo dựa trên clorua vô định hình trong phạm vi nhiệt độ rộng: tức là nó có thể đạt được tốc độ cao (3,4 C) gần 10.000 chu kỳ hoạt động ổn định trong môi trường đóng băng -10°C. Tính linh hoạt của thành phần, độ dẫn ion nhanh và độ ổn định hóa học và điện hóa tuyệt vời được thể hiện bởi SE clorua vô định hình mang lại những ý tưởng mới để tiếp tục thiết kế các SE mới và xây dựng các ASSLB có tỷ lệ cao.
Bước đột phá này mở rộng một loạt SE tổng hợp hiệu suất cao, khắc phục những hạn chế về cấu trúc và thiết kế thành phần của SE tinh thể truyền thống, đồng thời mở đường cho việc tạo ra các cực âm niken cao với hiệu suất cao cho ASSLB.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yao Hongbin từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) dẫn đầu, phối hợp với Giáo sư Shang Cheng từ Đại học Fudan và Giáo sư Tao Xinyong tại Đại học Công nghệ Chiết Giang.
