ఆగస్టు 21న, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ ఆఫ్ చైనా (USTC) నుండి ప్రొఫెసర్ MA చెంగ్ మరియు అతని సహకారులు తదుపరి తరం ఘన-స్థితి Li బ్యాటరీల అభివృద్ధిని పరిమితం చేస్తున్న ఎలక్ట్రోడ్-ఎలక్ట్రోలైట్ కాంటాక్ట్ సమస్యను పరిష్కరించడానికి ఒక ప్రభావవంతమైన వ్యూహాన్ని ప్రతిపాదించారు. ఈ విధంగా సృష్టించబడిన ఘన-ఘన మిశ్రమ ఎలక్ట్రోడ్ అసాధారణ సామర్థ్యాలు మరియు రేటు పనితీరును ప్రదర్శించింది.
సాంప్రదాయ లి-అయాన్ బ్యాటరీలలోని సేంద్రీయ ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో భర్తీ చేయడం వల్ల భద్రతా సమస్యలను బాగా తగ్గించవచ్చు మరియు శక్తి సాంద్రత మెరుగుదల కోసం "గాజు పైకప్పు"ను విచ్ఛిన్నం చేయవచ్చు. అయితే, ప్రధాన స్రవంతి ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు కూడా ఘనపదార్థాలు. రెండు ఘనపదార్థాల మధ్య సంపర్కం ఘన మరియు ద్రవ మధ్య ఉన్నంత దగ్గరగా ఉండటం దాదాపు అసాధ్యం కాబట్టి, ప్రస్తుతం ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లపై ఆధారపడిన బ్యాటరీలు సాధారణంగా పేలవమైన ఎలక్ట్రోడ్-ఎలక్ట్రోలైట్ సంపర్కాన్ని మరియు అసంతృప్తికరమైన పూర్తి-సెల్ పనితీరును ప్రదర్శిస్తాయి.
"ఘన-స్థితి బ్యాటరీల ఎలక్ట్రోడ్-ఎలక్ట్రోలైట్ కాంటాక్ట్ సమస్య చెక్క బారెల్ యొక్క అతి చిన్న స్టవ్ లాంటిది" అని అధ్యయనం యొక్క ప్రధాన రచయిత USTC నుండి ప్రొఫెసర్ MA చెంగ్ అన్నారు. "వాస్తవానికి, ఈ సంవత్సరాల్లో పరిశోధకులు ఇప్పటికే అనేక అద్భుతమైన ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లను అభివృద్ధి చేశారు, కానీ వాటి మధ్య పేలవమైన సంబంధం ఇప్పటికీ లి-అయాన్ రవాణా సామర్థ్యాన్ని పరిమితం చేస్తోంది."
అదృష్టవశాత్తూ, MA యొక్క వ్యూహం ఈ బలీయమైన సవాలును అధిగమించవచ్చు. ఈ అధ్యయనం ఒక నమూనా, పెరోవ్‌స్కైట్-స్ట్రక్చర్డ్ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లో అశుద్ధ దశ యొక్క అణువు-వారీ-అణువు పరీక్షతో ప్రారంభమైంది. అశుద్ధత మరియు ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ మధ్య క్రిస్టల్ నిర్మాణం చాలా భిన్నంగా ఉన్నప్పటికీ, అవి ఎపిటాక్సియల్ ఇంటర్‌ఫేస్‌లను ఏర్పరుస్తాయని గమనించబడింది. వివరణాత్మక నిర్మాణ మరియు రసాయన విశ్లేషణల శ్రేణి తర్వాత, అశుద్ధ దశ అధిక-సామర్థ్యం గల లి-రిచ్ లేయర్డ్ ఎలక్ట్రోడ్‌లతో ఐసోస్ట్రక్చరల్ అని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు. అంటే, అధిక-పనితీరు గల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క అణు ఫ్రేమ్‌వర్క్ ద్వారా ఏర్పడిన "టెంప్లేట్"పై ఒక నమూనా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ స్ఫటికీకరించగలదు, దీని ఫలితంగా అణుపరంగా సన్నిహిత ఇంటర్‌ఫేస్‌లు ఏర్పడతాయి.
"ఇది నిజంగా ఆశ్చర్యం," అని ప్రస్తుతం USTC గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి అయిన మొదటి రచయిత LI ఫుజెన్ అన్నారు. "పదార్థంలో మలినాలు ఉండటం వాస్తవానికి చాలా సాధారణ దృగ్విషయం, చాలా సార్లు అవి విస్మరించబడతాయి. అయితే, వాటిని నిశితంగా పరిశీలించిన తర్వాత, మేము ఈ ఊహించని ఎపిటాక్సియల్ ప్రవర్తనను కనుగొన్నాము మరియు ఇది ఘన-ఘన సంబంధాన్ని మెరుగుపరచడానికి మా వ్యూహాన్ని నేరుగా ప్రేరేపించింది."
సాధారణంగా అవలంబించే కోల్డ్-ప్రెస్సింగ్ విధానంతో పోలిస్తే, పరిశోధకులు ప్రతిపాదించిన వ్యూహం, అణు-రిజల్యూషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ చిత్రంలో ప్రతిబింబించే విధంగా, అణు స్కేల్ వద్ద ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లు మరియు ఎలక్ట్రోడ్‌ల మధ్య సమగ్రమైన, సజావుగా సంబంధాన్ని గ్రహించగలదు. (MA బృందం అందించింది.)
గమనించిన దృగ్విషయాన్ని సద్వినియోగం చేసుకుని, పరిశోధకులు ఉద్దేశపూర్వకంగా లి-రిచ్ లేయర్డ్ సమ్మేళనం యొక్క ఉపరితలంపై పెరోవ్‌స్కైట్-స్ట్రక్చర్డ్ సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ మాదిరిగానే కూర్పుతో అమార్ఫస్ పౌడర్‌ను స్ఫటికీకరించారు మరియు మిశ్రమ ఎలక్ట్రోడ్‌లో ఈ రెండు ఘన పదార్థాల మధ్య పూర్తి, అతుకులు లేని సంపర్కాన్ని విజయవంతంగా గ్రహించారు. ఎలక్ట్రోడ్-ఎలక్ట్రోలైట్ సంపర్క సమస్యను పరిష్కరించడంతో, అటువంటి ఘన-ఘన మిశ్రమ ఎలక్ట్రోడ్ ఘన-ద్రవ మిశ్రమ ఎలక్ట్రోడ్ నుండి పోల్చదగిన రేటు సామర్థ్యాన్ని అందించింది. మరింత ముఖ్యంగా, ఈ రకమైన ఎపిటాక్సియల్ ఘన-ఘన సంపర్కం పెద్ద లాటిస్ అసమతుల్యతలను తట్టుకోగలదని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు, అందువల్ల వారు ప్రతిపాదించిన వ్యూహం అనేక ఇతర పెరోవ్‌స్కైట్ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లు మరియు లేయర్డ్ ఎలక్ట్రోడ్‌లకు కూడా వర్తించవచ్చు.
"ఈ పని అనుసరించదగిన దిశను ఎత్తి చూపింది" అని MA అన్నారు. "ఇక్కడ లేవనెత్తిన సూత్రాన్ని ఇతర ముఖ్యమైన పదార్థాలకు వర్తింపజేయడం వల్ల మరింత మెరుగైన కణ పనితీరు మరియు మరింత ఆసక్తికరమైన శాస్త్రానికి దారితీయవచ్చు. మేము దాని కోసం ఎదురు చూస్తున్నాము."
పరిశోధకులు ఈ దిశలో తమ అన్వేషణను కొనసాగించాలని మరియు ప్రతిపాదిత వ్యూహాన్ని ఇతర అధిక-సామర్థ్యం, అధిక-సామర్థ్య కాథోడ్‌లకు వర్తింపజేయాలని భావిస్తున్నారు.
ఈ అధ్యయనం సెల్ ప్రెస్ యొక్క ప్రధాన జర్నల్ అయిన మ్యాటర్‌లో "సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్స్ మరియు లి బ్యాటరీల కోసం ఎలక్ట్రోడ్‌ల మధ్య అణుపరంగా సన్నిహిత సంబంధం" అనే శీర్షికతో ప్రచురించబడింది. మొదటి రచయిత USTC నుండి గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి అయిన LI ఫుజెన్. ప్రొఫెసర్ MA చెంగ్ సహకారులలో సింఘువా విశ్వవిద్యాలయం నుండి ప్రొఫెసర్ NAN సి-వెన్ మరియు అమెస్ లాబొరేటరీ నుండి డాక్టర్ ZHOU లిన్ ఉన్నారు.
(స్కూల్ ఆఫ్ కెమిస్ట్రీ అండ్ మెటీరియల్ సైన్సెస్)
పేపర్ లింక్: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
పోస్ట్ సమయం: జూన్-03-2019