Air an 21mh latha den Lùnastal, mhol an t-Ollamh MA Cheng bho Oilthigh Saidheans is Teicneòlais Shìona (USTC) agus a cho-obraichean ro-innleachd èifeachdach gus dèiligeadh ris a’ chùis conaltraidh eadar electrode agus electrolyte a tha a’ cuingealachadh leasachadh bataraidhean Li-staid chruaidh an ath ghinealaich. Sheall an electrod co-dhèanta cruaidh-chruaidh a chaidh a chruthachadh san dòigh seo comasan agus coileanadh ìre air leth.
Faodaidh ath-chur an electrolyte leaghaidh organach ann am bataraidhean Li-ion àbhaisteach le electrolytes cruaidh na cùisean sàbhailteachd a lughdachadh gu mòr, agus dh’ fhaodadh e briseadh a-mach às a’ “mhullach glainne” airson leasachadh dùmhlachd lùtha. Ach, tha stuthan electrode prìomh-shruthach cuideachd nan solidan. Leis gu bheil e cha mhòr do-dhèanta an conaltradh eadar dà solid a bhith cho dlùth ris an fhear eadar solid agus leaghan, an-dràsta bidh bataraidhean stèidhichte air electrolytes cruaidh mar as trice a’ nochdadh droch cheangal electrode-electrolyte agus coileanadh làn-chealla mì-riarachail.
“Tha a’ chùis conaltraidh eadar electrod is electrolyte ann am bataraidhean cruaidh-staid coltach ris an t-slat as giorra ann am baraille fiodha," thuirt an t-Ollamh MA Cheng bho USTC, prìomh ùghdar an sgrùdaidh. “Gu dearbh, thar nam bliadhnaichean seo tha luchd-rannsachaidh air mòran electrodan agus electrolytes cruaidh sàr-mhath a leasachadh mu thràth, ach tha an droch cheangal eatorra fhathast a’ cuingealachadh èifeachdas còmhdhail Li-ion.”
Gu fortanach, dh’ fhaodadh ro-innleachd MA faighinn thairis air an dùbhlan uamhasach seo. Thòisich an sgrùdadh le sgrùdadh atam-air-atam air ìre neo-ghlainead ann an electrolyte cruaidh prototype, le structar perovskite. Ged a bha eadar-dhealachadh mòr ann an structar criostail an neo-ghlainead agus an electrolyte cruaidh, chaidh fhaicinn gu robh iad a’ cruthachadh eadar-aghaidhean epitaxial. Às deidh sreath de mhion-sgrùdaidhean structarail is ceimigeach mionaideach, fhuair luchd-rannsachaidh a-mach gu bheil an ìre neo-ghlainead isostructarail leis na electrodan sreathan beairteach ann an Li àrd-chomas. Is e sin ri ràdh, faodaidh electrolyte cruaidh prototype criostalachadh air an “teamplaid” a chaidh a chruthachadh le frèam atamach electrode àrd-choileanaidh, agus mar thoradh air sin bidh eadar-aghaidhean dlùth gu atamach.
“’S e seo fìor iongnadh,” thuirt a’ chiad ùghdar LI Fuzhen, a tha an-dràsta na oileanach ceumnaichte aig USTC. “’S e rud gu math cumanta a th’ ann an làthaireachd neo-chunbhalachdan anns an stuth, cho cumanta is gun tèid dearmad a dhèanamh orra a’ mhòr-chuid den ùine. Ach, às dèidh dhuinn sùil gheur a thoirt orra, lorg sinn an giùlan epitaxial ris nach robh dùil seo, agus thug e brosnachadh dìreach dhuinn air an ro-innleachd againn airson an conaltradh cruaidh-chruaidh a leasachadh.”
An coimeas ris an dòigh-obrach brùthaidh fuar a thathas a’ cleachdadh gu cumanta, faodaidh an ro-innleachd a mhol an luchd-rannsachaidh conaltradh mionaideach, gun fhiosta a thoirt gu buil eadar electrolytes cruaidh agus electrodan aig sgèile atamach, mar a chithear san ìomhaigh microscopaidh dealanach aig rùn atamach. (Air a thoirt seachad le sgioba MA.)
A’ gabhail brath air an iongantas a chaidh fhaicinn, chriostalaich an luchd-rannsachaidh a dh’aona ghnothach am pùdar neo-chruthach leis an aon cho-dhèanamh ris an electrolyte cruaidh le structar perovskite air uachdar todhar sreathan beairteach ann an Li, agus choilean iad gu soirbheachail conaltradh mionaideach, gun fhiosta eadar an dà stuth chruaidh seo ann an electrod co-dhèanta. Leis a’ chùis conaltraidh electrod-electrolyte air a rèiteachadh, lìbhrig electrod co-dhèanta cruaidh-chruaidh mar sin comas ìre a bha eadhon co-chosmhail ris an fhear bho electrod co-dhèanta cruaidh-leaghaidh. Nas cudromaiche, fhuair an luchd-rannsachaidh a-mach cuideachd gum faodadh an seòrsa conaltraidh cruaidh-chruaidh epitaxial seo mì-cho-fhreagarrachd mòra crochte fhulang, agus mar sin dh’ fhaodadh an ro-innleachd a mhol iad a bhith buntainneach cuideachd ri mòran electrolytes cruaidh perovskite eile agus electrodan sreathan.
“Sheall an obair seo stiùireadh a tha airidh air a leantainn," thuirt MA. “Dh’ fhaodadh a’ phrionnsabal a chaidh a thogail an seo a chur an sàs ann an stuthan cudromach eile leantainn gu coileanadh cealla eadhon nas fheàrr agus saidheans nas inntinniche. Tha sinn a’ coimhead air adhart ris.”
Tha an luchd-rannsachaidh an dùil leantainn air adhart leis an rannsachadh san taobh seo, agus an ro-innleachd a thathar a’ moladh a chur an sàs ann an catodan àrd-chomasach is àrd-chomas eile.
Chaidh an sgrùdadh fhoillseachadh air Matter, iris shuaicheanta aig Cell Press, leis an tiotal “Atomically Intimate Contact between Solid Electrolytes and Electrodes for Li Batteries”. ’S e LI Fuzhen, oileanach ceumnaichte aig USTC, a’ chiad ùghdar. Am measg cho-obraichean an t-Ollamh MA Cheng tha an t-Ollamh NAN Ce-Wen bho Oilthigh Tsinghua agus an Dr ZHOU Lin bho Ames Laboratory.
(Sgoil na Ceimigeachd agus nan Saidheansan Stuthan)
Ceangal a' phàipeir: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Àm puist: Ògmhios-03-2019