Tryk er med til at lave bedre Li-ion-batterier

Lithium titaniumoxid (Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ , LTO), et "zero-strain" anodemateriale til Li-ion-batterier (LIB'er), udviser fremragende cykelpræstationer. Imidlertid, det viser dårlig ledningsevne, hvilket er den største ulempe og begrænser dens anvendelser. I et nyligt papir offentliggjort i National Science Review , det er rapporteret, at statisk kompression i høj grad kan forbedre ledningsevnen af ​​LTO ved trykinduceret amorfisering og fremme ionmigreringsdefekter for Li+. Resultaterne tyder på, at amorf LTO er et bedre anodemateriale til LIB'er.

Genopladelige Li-ion-batterier er afgørende dele til hjemmeelektronik og bærbare enheder såsom mobiltelefoner og bærbare computere. Man kan forestille sig, hvordan det liv, vi har i dag, ville være uden mobiltelefoner og internet. Li-ion-batterier (LIB'er) vokser også i popularitet for elektriske køretøjer, hvilket kan bidrage til at reducere udledningen af ​​CO ₂ og mindske den alvorlige drivhuseffekt på jorden. Alle disse krav kræver overlegne Li-ion batterimaterialer med bedre ydeevne såsom højere kapacitet, længere levetid, lavere omkostninger, etc.

Lithium titaniumoxid (Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ , LTO) spinel oplever ubetydelig volumenændring under lithiumindsættelse og -ekstraktion og betragtes som et "nul-strain" anodemateriale til LIB'er. På grund af sin store strukturelle stabilitet, LTO udviser fremragende cykelpræstationer, gør det til en lovende anode for LIB'er i elektriske køretøjer og store energilagringsområder. Imidlertid, LTO viser dårlig elektronisk og ionisk ledningsevne, begrænse dens anvendelser. Derfor, at forbedre dens ledningsevne bliver afgørende.

I en nylig forskningsartikel offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , forskere ved Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research, Institut for Geokemi, og Institut for Fysik ved det Kinesiske Videnskabsakademi, og George Mason University, Carnegie Institution of Washington, og Argonne National Laboratory of USA præsenterer deres resultater på undersøgelser af fasestabilitet og ledningsevne af LTO under højt tryk. Det blev konstateret, at LTO-spinelstrukturen begynder at forvrænge på grund af den betydelige forskel i kompressibiliteten af ​​byggestenene, LiO ₆ og TiO ₆ oktaedre i LTO ved lavtryk. Den stærke stærkt forvrængede struktur forvandles til amorf til sidst som tryk over omkring 270 tusinde gange det normale atmosfæriske tryk. Bemærkelsesværdigt, den amorfe LTO kan dekomprimeres ned til omgivende tryk og viser meget bedre ledningsevne end krystallinsk LTO. "Disse resultater kan tilbyde en ny strategi til at forbedre ledningsevnen af ​​LTO-anode i Li-ion-batterier ved hjælp af en højtryksteknik." sagde Dr. Lin Wang, den tilsvarende forfatter til artiklen.

For at forstå den betydelige forbedring af ledningsevnen i den amorfe fase, de ioniske transportegenskaber af krystallinsk og amorf LTO blev undersøgt ved hjælp af første principper molekylær dynamik simuleringer. Teoretiske beregninger afslørede, at den amorfe fase induceret af højt tryk i høj grad kan fremme Li+ diffusion og øge dens ioniske ledningsevne ved at give ionmigreringsdefekter. "Alle disse resultater øger forståelsen af ​​forholdet mellem struktur og ledende egenskaber ved LTO" tilføjede Dr. Wang.