Pin kim loại lithium (LMB) đã thu hút nhiều sự chú ý vì tiềm năng của chúng trong các ứng dụng điện tử và xe điện. Tuy nhiên, các vấn đề như sự phát triển của sợi nhánh Li và các phản ứng phụ không mong muốn với chất điện phân trong quá trình đạp xe điện hóa cản trở việc thương mại hóa rộng rãi chúng.
Sơ đồ chiến lược lớp xen kẽ lai vô cơ-hữu cơ bằng phương pháp đơn lớp tự lắp ráp với sự hỗ trợ của máy học để tăng tốc thiết kế vật liệu. Tín dụng: SIAT
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Xue Dongfeng và Tiến sĩ Peng Chao từ Viện Công nghệ tiên tiến Thâm Quyến (SIAT) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) dẫn đầu gần đây đã giới thiệu một chiến lược lớp xen kẽ lai hữu cơ-vô cơ mới dựa trên khả năng tự lắp ráp. phương pháp đơn lớp.
Chiến lược này mang lại cho giao diện cực dương kim loại Li độ ổn định cơ học tốt và độ dẫn ion tuyệt vời, đồng thời tạo ra sự lắng đọng đồng đều Li và ngăn chặn sự phát triển của Li dendrite. Kết quả được công bố trên tạp chí Matter .
Các nhà nghiên cứu đã áp dụng quy trình làm việc dựa trên dữ liệu thông lượng cao để cho phép thiết kế thông minh các phân tử tự lắp ráp. Quy trình làm việc bao gồm các tiêu chí sàng lọc về đặc điểm phân tử tự lắp ráp, độ ổn định điện hóa của phân tử, độ ổn định hóa học và độ dẫn ion của lớp bảo vệ xen kẽ và nó có thể tự động thu thập các phân tử tự lắp ráp mục tiêu từ cơ sở dữ liệu PubChem.
Mô hình nghiên cứu mới này đẩy nhanh quá trình sàng lọc để lựa chọn các phân tử ứng cử viên hứa hẹn nhất và cho phép thiết kế thông minh lớp xen kẽ nhân tạo của cực dương kim loại Li bằng cách tận dụng các kỹ thuật học máy.
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu còn tiết lộ mối quan hệ giữa hiệu suất và cấu trúc giữa các đặc điểm cấu trúc phân tử (nhóm đầu, nhóm đuôi và nhóm giữa) cũng như các tính chất điện tử và hiệu suất của lớp bảo vệ, trong đó lưỡng cực cơ học lượng tử và thế năng tĩnh điện của các phân tử được xác định. được xác định là mô tả quan trọng để dự đoán hàng rào năng lượng khuếch tán Li qua lớp bảo vệ lai.
Họ đã thiết lập một cơ sở dữ liệu bao gồm 128 ứng cử viên phân tử hữu cơ tự lắp ráp được chọn từ cơ sở dữ liệu PubChem và đề xuất 8 phân tử tốt nhất để ưu tiên xây dựng lớp xen kẽ lai hữu cơ vô cơ ở cực dương kim loại Li.
Các phân tử này có nhóm đầu florua kết thúc (-F) cho phép hình thành xen kẽ vô cơ bên trong LiF giúp cải thiện độ ổn định và độ dẫn ion của lớp xen kẽ trên cực dương kim loại Li, trong khi lớp hữu cơ tuyến tính bên ngoài cung cấp các kênh xốp 3D được làm giàu. tạo điều kiện cho Li khuếch tán và hướng dẫn sự lắng đọng Li đồng đều và ngăn chặn sự phát triển dendrite Li.
Tiến sĩ Peng, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi mở ra những khả năng mới để phát triển pin kim loại lithium hiệu quả hơn và an toàn hơn”.
