अगस्ट २१ मा, चीनको विज्ञान तथा प्रविधि विश्वविद्यालय (USTC) का प्रो. एमए चेङ र उनका सहयोगीहरूले अर्को पुस्ताको ठोस-अवस्था Li ब्याट्रीहरूको विकासलाई सीमित गर्ने इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट सम्पर्क समस्यालाई सम्बोधन गर्न प्रभावकारी रणनीति प्रस्ताव गरे। यस तरिकाले सिर्जना गरिएको ठोस-ठोस कम्पोजिट इलेक्ट्रोडले असाधारण क्षमता र दर प्रदर्शन प्रदर्शन गर्यो।
परम्परागत लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा जैविक तरल इलेक्ट्रोलाइटलाई ठोस इलेक्ट्रोलाइटले प्रतिस्थापन गर्नाले सुरक्षा समस्याहरूलाई धेरै हदसम्म कम गर्न सकिन्छ, र ऊर्जा घनत्व सुधारको लागि "ग्लास सिलिङ्ग" लाई सम्भावित रूपमा तोड्न सकिन्छ। यद्यपि, मुख्यधारा इलेक्ट्रोड सामग्रीहरू पनि ठोस हुन्। दुई ठोसहरू बीचको सम्पर्क ठोस र तरल बीचको जत्तिकै घनिष्ठ हुन लगभग असम्भव भएकोले, हाल ठोस इलेक्ट्रोलाइटहरूमा आधारित ब्याट्रीहरूले सामान्यतया कमजोर इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट सम्पर्क र असंतोषजनक पूर्ण-सेल प्रदर्शन प्रदर्शन गर्छन्।
"ठोस-अवस्था ब्याट्रीहरूको इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट सम्पर्क समस्या केही हदसम्म काठको ब्यारेलको सबैभन्दा छोटो स्ट्याभ जस्तै हो," अध्ययनका प्रमुख लेखक USTC का प्रो. एमए चेङले भने। "वास्तवमा, यी वर्षहरूमा अनुसन्धानकर्ताहरूले पहिले नै धेरै उत्कृष्ट इलेक्ट्रोडहरू र ठोस इलेक्ट्रोलाइटहरू विकास गरिसकेका छन्, तर तिनीहरू बीचको कमजोर सम्पर्कले अझै पनि लिथियम-आयन यातायातको दक्षतालाई सीमित गरिरहेको छ।"
सौभाग्यवश, MA को रणनीतिले यो भयानक चुनौतीलाई पार गर्न सक्छ। अध्ययन प्रोटोटाइप, पेरोभस्काइट-संरचित ठोस इलेक्ट्रोलाइटमा अशुद्धता चरणको परमाणु-द्वारा-परमाणु परीक्षणबाट सुरु भयो। यद्यपि क्रिस्टल संरचना अशुद्धता र ठोस इलेक्ट्रोलाइट बीच धेरै फरक थियो, तिनीहरूले एपिटेक्सियल इन्टरफेसहरू बनाएको अवलोकन गरियो। विस्तृत संरचनात्मक र रासायनिक विश्लेषणहरूको श्रृंखला पछि, अनुसन्धानकर्ताहरूले पत्ता लगाए कि अशुद्धता चरण उच्च-क्षमता Li-समृद्ध स्तरित इलेक्ट्रोडहरूसँग आइसोस्ट्रक्चरल छ। भन्नुको अर्थ, एक प्रोटोटाइप ठोस इलेक्ट्रोलाइट उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रोडको परमाणु ढाँचाद्वारा बनेको "टेम्प्लेट" मा क्रिस्टलाइज गर्न सक्छ, जसको परिणामस्वरूप परमाणु रूपमा घनिष्ठ इन्टरफेसहरू हुन्छन्।
"यो साँच्चै आश्चर्यजनक छ," पहिलो लेखक LI Fuzhen ले भने, जो हाल USTC का स्नातक विद्यार्थी हुन्। "सामग्रीमा अशुद्धताको उपस्थिति वास्तवमा एक धेरै सामान्य घटना हो, यति सामान्य छ कि धेरैजसो समय तिनीहरूलाई बेवास्ता गरिनेछ। यद्यपि, तिनीहरूलाई नजिकबाट हेर्दा, हामीले यो अप्रत्याशित एपिटेक्सियल व्यवहार पत्ता लगायौं, र यसले ठोस-ठोस सम्पर्क सुधार गर्ने हाम्रो रणनीतिलाई प्रत्यक्ष रूपमा प्रेरित गर्यो।"
सामान्यतया अपनाइने कोल्ड-प्रेसिङ दृष्टिकोणको तुलनामा, अनुसन्धानकर्ताहरूले प्रस्ताव गरेको रणनीतिले आणविक-रिजोल्युसन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी छविमा प्रतिबिम्बित भए अनुसार, आणविक स्केलमा ठोस इलेक्ट्रोलाइटहरू र इलेक्ट्रोडहरू बीचको पूर्ण, निर्बाध सम्पर्क महसुस गर्न सक्छ। (एमएको टोलीद्वारा प्रदान गरिएको।)
अवलोकन गरिएको घटनाको फाइदा उठाउँदै, अनुसन्धानकर्ताहरूले जानाजानी लिथियम-समृद्ध तहयुक्त यौगिकको सतहमा पेरोभस्काइट-संरचित ठोस इलेक्ट्रोलाइटको समान संरचनाको साथ अनाकार पाउडरलाई क्रिस्टलाइज गरे, र कम्पोजिट इलेक्ट्रोडमा यी दुई ठोस पदार्थहरू बीचको पूर्ण, निर्बाध सम्पर्क सफलतापूर्वक महसुस गरे। इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट सम्पर्क समस्यालाई सम्बोधन गरिएपछि, यस्तो ठोस-ठोस कम्पोजिट इलेक्ट्रोडले ठोस-तरल कम्पोजिट इलेक्ट्रोडको तुलनामा पनि दर क्षमता प्रदान गर्यो। अझ महत्त्वपूर्ण कुरा, अनुसन्धानकर्ताहरूले यो प्रकारको एपिटेक्सियल ठोस-ठोस सम्पर्कले ठूला जाली बेमेलहरू सहन सक्छ भन्ने पनि पत्ता लगाए, र यसरी उनीहरूले प्रस्ताव गरेको रणनीति धेरै अन्य पेरोभस्काइट ठोस इलेक्ट्रोलाइटहरू र तहयुक्त इलेक्ट्रोडहरूमा पनि लागू हुन सक्छ।
"यस कामले एउटा दिशा औंल्यायो जुन पछ्याउन लायक छ," एमएले भने। "यहाँ उठाइएको सिद्धान्तलाई अन्य महत्त्वपूर्ण सामग्रीहरूमा लागू गर्नाले अझ राम्रो कोशिका प्रदर्शन र थप रोचक विज्ञानतर्फ डोऱ्याउन सक्छ। हामी यसको लागि तत्पर छौं।"
अनुसन्धानकर्ताहरूले यस दिशामा आफ्नो अन्वेषण जारी राख्ने र प्रस्तावित रणनीतिलाई अन्य उच्च-क्षमता, उच्च-सम्भाव्य क्याथोडहरूमा लागू गर्ने उद्देश्य राखेका छन्।
यो अध्ययन सेल प्रेसको प्रमुख जर्नल म्याटरमा प्रकाशित भएको थियो, जसको शीर्षक थियो "Atomically Intimate Contact between Solid Electrolytes and Electrodes for Li Batteries"। पहिलो लेखक LI Fuzhen हुन्, जो USTC का स्नातक विद्यार्थी हुन्। प्रो. एमए चेङका सहयोगीहरूमा सिंघुआ विश्वविद्यालयका प्रो. NAN Ce-Wen र एम्स प्रयोगशालाका डा. ZHOU लिन समावेश छन्।
(रसायन विज्ञान र पदार्थ विज्ञान स्कूल)
पेपर लिङ्क: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
पोस्ट समय: जुन-०३-२०१९