Các tấm nano LiCoO₂ đơn tinh thể 2D được phát triển cho các thiết bị lai pin-siêu tụ điện hiệu suất cao
của Liu Jia, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Trừu tượng đồ họa. Nhà cung cấp: Thư năng lượng ACS (2024). DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02196
Một nhóm do Giáo sư Wu Zhongshuai dẫn đầu đã phát triển các tấm nano LiCoO2 đơn tinh thể mỏng định hướng nguyên tử 2D (001) với khoảng cách xen kẽ Li+ dài hơn và bề mặt chiếm ưu thế (001) cho các thiết bị lai pin-siêu tụ điện hiệu suất cao. Nghiên cứu này đã được xuất bản trên ACS Energy Letters.
Khoảng cách xen kẽ Li+ ngắn hơn hoặc rào cản năng lượng xen kẽ thấp hơn cho phép khuếch tán nhanh trong quá trình xen kẽ Li+. Tuy nhiên, người ta đã phát hiện ra rằng hiệu ứng kích thước nano trong LiCoO2 tinh thể nano ảnh hưởng đồng thời đến quá trình oxy hóa khử bề mặt và quá trình xen kẽ Li+.
Khi kích thước tinh thể giảm, nhiều quy trình xen kẽ Li+ được thay thế bằng các quy trình oxy hóa khử bề mặt, dẫn đến công suất nền tảng giảm, hiệu suất coulombic ban đầu thấp và hiệu suất chu trình kém. Do đó, hiệu ứng kích thước nano hạn chế việc ứng dụng LiCoO2 có cấu trúc nano trong các thiết bị lai pin-siêu tụ điện "cao gấp đôi".
Để giải quyết vấn đề này, nhóm của Giáo sư Wu đã cố gắng điều chỉnh hiệu ứng kích thước nano bằng cách kiểm soát chính xác quá trình xen kẽ Li+ và quá trình oxy hóa khử bề mặt.
Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp các tấm nano LCO đơn tinh thể mỏng cỡ micro (SC-LCO) và các tấm nano LCO tinh thể nano (NC-LCO).
So với NC-LCO, SC-LCO có khoảng cách xen kẽ Li+ dài hơn và giảm phản ứng phụ. Cả hiệu suất coulombic và khả năng phóng điện của SC-LCO ở 1C (194 mAh g-1, 92%) đều cao hơn so với NC-LCO (173 mAh g-1, 86%).
Dung lượng riêng của SC-LCO duy trì ở mức 151 mAh g-1 (83%) sau khi đạp xe trong 500 chu kỳ, trước NC-LCO (84 mAh g-1, 63%).
Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một thiết bị lai pin-siêu tụ điện với SC-LCO, đạt được năng lượng và công suất cao, chứng tỏ khả năng ứng dụng thực tế của tấm nano này.
