محققان از راز درون باتری‌های لیتیوم-اکسیژن پرده برداشتند
- لینک مفید:باتری روی بدون آند که روزی می‌تواند انرژی تجدیدپذیر را ذخیره کند
- بیشتر بدانید:فرصت‌های جدید برای طراحی باتری‌های نوری و پیل سوختی
محققان از راز درون باتری‌های لیتیوم-اکسیژن پرده برداشتند
باتری‌های Li-O2 با چگالی انرژی بالا، به یک فناوری باتری پیشرفته تبدیل شده‌اند.
در داخل باتری Li-O2، تولید و تجزیه محصول دشارژ شده پراکسید لیتیوم جامد (Li2O2) تأثیر قابل توجهی بر عملکرد باتری دارد.
تحقیقات قبلی اطلاعات کمی در مورد شکل و توزیع Li2O2 در داخل ارائه داده‌اند و سوالات مربوط به روند و عامل مؤثر در تغییر شکل و اندازه Li2O2 داخلی را بی‌پاسخ گذاشته‌اند.
اخیراً، تیمی به رهبری پروفسور تان پنگ از دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) وابسته به آکادمی علوم چین، یک الکترود هوای اکسید آلومینیوم آندی (C-AAO) با پوشش کربنی و ساختاری بسیار منظم و آرایه‌ای طراحی کردند.
این تیم بینش‌های جدیدی در مورد مرگ ناگهانی و مسیرهای واکنش باتری‌های Li-O2 به دست آورد. این کار در Nano Letters منتشر شده است.
تیم تحقیقاتی یک الکترود C-AAO ویژه طراحی کرد که به راحتی می‌شکند، اما توزیع محصولات خود را حفظ می‌کند و امکان مشاهده Li2O2 را در کل الکترود فراهم می‌کند. این تیم با استفاده از طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، عامل مؤثر در افت ناگهانی ولتاژ و مرگ در چگالی‌های جریان مختلف را تعیین کرد.
یافته‌های تحقیق نشان می‌دهد که در جریان‌های کوچک، قطر کانال‌ها رشد Li2O2 حلقوی را محدود می‌کند و باعث انسداد الکترود می‌شود.
بنابراین، مرگ ناگهانی ولتاژ با امپدانس(نسبت فشار صوت به سرعت صوت می باشد و توصیف کننده ی مقاومت موثر در برابر انتقال صوت است)انتقال بار بزرگ و قطبش غلظتی ناشی از انسداد الکترود مرتبط است.
در حالی که در جریان‌های بالا، مرگ ناگهانی به امپدانس انتقال بار و قطبش غلظتی کمتر قابل توجه ناشی از واکنش‌های الکتروشیمیایی سریع نسبت داده می‌شود.
علاوه بر این، برای یافتن مکانیسم چنین واکنش‌هایی، تیم تحقیقاتی تجزیه و تحلیل دقیقی بر روی مدل رشد Li2O2 روی سطوح انتهایی و داخلی الکترودهای C-AAO انجام داد. Li2O2 روی سطوح انتهایی در مدل سه حلقه‌ای یافت می‌شود.
رایج‌ترین آنها در حالی که به دیواره می‌چسبند، رشد می‌کنند و یک حلقه ناقص تشکیل می‌دهند.
رایج‌ترین آنها در حالی که دیواره را در آغوش می‌گیرند، رشد می‌کنند و یک حلقه ناقص تشکیل می‌دهند. بقیه یا به صورت جانبی روی سطح رشد می‌کنند، یا به شکل هسته‌هایی روی سطوح دیگر Li2O2 تشکیل می‌شوند.
با افزایش چگالی جریان، Li2O2 حلقوی درون الکترود احتمالاً توسط همتایان لخته شده خود پوشانده می‌شود، که نشان می‌دهد Li2O2 در امتداد سطوح الکترود تولید می‌شود، نه از عدم تناسب درون کانال‌ها.
این تیم یک مسیر رشد جدید برای Li2O2 حلقوی پیشنهاد کرد که در آن Li2O2 تشکیل شده در فصل مشترک Li2O2/الکترود در طول رشد اولیه، به مسیر سطحی مرتبط است و پس از آن پراکسید لیتیوم (LiO2) در محلول به صورت نامتناسب در اطراف ذرات Li2O2 قرار می‌گیرد، مسیر سطحی را می‌پوشاند و یک حلقه ناقص تشکیل می‌دهد.
این تحقیق به سوالات دیرینه در مورد مکانیسم باتری‌های Li-O2 و همچنین بینش‌هایی در مورد طراحی الکترودهای بیشتر پاسخ داد.
تاریخ:1404/6/9
مهسا نعمتی
