Fil-21 ta' Awwissu, il-Prof. MA Cheng mill-Università tax-Xjenza u t-Teknoloġija taċ-Ċina (USTC) u l-kollaboraturi tiegħu pproponew strateġija effettiva biex jindirizzaw il-kwistjoni tal-kuntatt bejn l-elettrodu u l-elettrolit li qed tillimita l-iżvilupp tal-batteriji Li ta' stat solidu tal-ġenerazzjoni li jmiss. L-elettrodu kompost solidu-solidu maħluq b'dan il-mod wera kapaċitajiet u prestazzjonijiet ta' rata eċċezzjonali.
Is-sostituzzjoni tal-elettrolit likwidu organiku fil-batteriji konvenzjonali tal-jone tal-litju b'elettroliti solidi tista' ttaffi ħafna l-kwistjonijiet ta' sikurezza, u potenzjalment tkisser is-"saqaf tal-ħġieġ" għat-titjib tad-densità tal-enerġija. Madankollu, il-materjali ewlenin tal-elettrodi huma wkoll solidi. Peress li l-kuntatt bejn żewġ solidi huwa kważi impossibbli li jkun daqshekk intimu daqs dak bejn solidu u likwidu, fil-preżent il-batteriji bbażati fuq elettroliti solidi tipikament juru kuntatt fqir bejn l-elettrodu u l-elettrolit u prestazzjonijiet mhux sodisfaċenti taċ-ċelluli sħaħ.
“Il-kwistjoni tal-kuntatt bejn l-elettrodu u l-elettrolit tal-batteriji ta’ stat solidu hija xi ftit jew wisq bħall-iqsar virga ta’ barmil tal-injam,” qal il-Prof. MA Cheng mill-USTC, l-awtur ewlieni tal-istudju. “Fil-fatt, matul dawn is-snin ir-riċerkaturi diġà żviluppaw ħafna elettrodi u elettroliti solidi eċċellenti, iżda l-kuntatt fqir bejniethom għadu qed jillimita l-effiċjenza tat-trasport tal-jone tal-litju.”
Fortunatament, l-istrateġija tal-MA tista’ tegħleb din l-isfida formidabbli. L-istudju beda bl-eżami atomu b’atomu ta’ fażi ta’ impurità fi prototip ta’ elettrolit solidu strutturat bil-perovskite. Għalkemm l-istruttura tal-kristall kienet differenti ħafna bejn l-impurità u l-elettrolit solidu, ġew osservati li jiffurmaw interfaċċji epitassjali. Wara serje ta’ analiżi strutturali u kimiċi dettaljati, ir-riċerkaturi skoprew li l-fażi ta’ impurità hija iżostrutturali mal-elettrodi f’saffi b’ħafna Li ta’ kapaċità għolja. Jiġifieri, prototip ta’ elettrolit solidu jista’ jikkristallizza fuq il-“mudell” iffurmat mill-qafas atomiku ta’ elettrodu ta’ prestazzjoni għolja, li jirriżulta f’interfaċċji atomikament intimi.
“Din hija tassew sorpriża,” qal l-ewwel awtur LI Fuzhen, li bħalissa huwa student gradwat tal-USTC. “Il-preżenza ta’ impuritajiet fil-materjal hija fil-fatt fenomenu komuni ħafna, tant komuni li ħafna mill-ħin jiġu injorati. Madankollu, wara li ħarisna mill-qrib lejhom, skoprejna dan l-imġiba epitassjali mhux mistennija, u ispira direttament l-istrateġija tagħna biex intejbu l-kuntatt solidu-solidu.”
Meta mqabbel mal-approċċ ta' ppressar kiesaħ li huwa ġeneralment adottat, l-istrateġija proposta mir-riċerkaturi tista' tirrealizza kuntatt bir-reqqa u bla xkiel bejn elettroliti solidi u elettrodi fuq skala atomika, kif rifless fl-immaġni tal-mikroskopija elettronika b'riżoluzzjoni atomika. (Ipprovduta mit-tim tal-MA.)
Billi ħadu vantaġġ mill-fenomenu osservat, ir-riċerkaturi kkristallizzaw intenzjonalment it-trab amorfu bl-istess kompożizzjoni bħall-elettrolit solidu strutturat bil-perovskite fuq il-wiċċ ta' kompost f'saffi rikk fil-Li, u rnexxielhom jirrealizzaw kuntatt bir-reqqa u bla xkiel bejn dawn iż-żewġ materjali solidi f'elettrodu kompost. Billi l-kwistjoni tal-kuntatt elettrodu-elettrolit ġiet indirizzata, elettrodu kompost solidu-solidu bħal dan wassal għal kapaċità ta' rata saħansitra komparabbli ma' dik minn elettrodu kompost solidu-likwidu. Aktar importanti minn hekk, ir-riċerkaturi sabu wkoll li dan it-tip ta' kuntatt epitassjali solidu-solidu jista' jittollera nuqqasijiet kbar ta' qbil fil-kannizzata, u għalhekk l-istrateġija li pproponew tista' tkun applikabbli wkoll għal ħafna elettroliti solidi perovskite oħra u elettrodi f'saffi.
“Dan ix-xogħol indika direzzjoni li ta’ min isegwiha,” qal MA. “L-applikazzjoni tal-prinċipju mqajjem hawnhekk għal materjali importanti oħra tista’ twassal għal prestazzjonijiet taċ-ċelloli saħansitra aħjar u xjenza aktar interessanti. Aħna ħerqana għaliha.”
Ir-riċerkaturi beħsiebhom ikomplu l-esplorazzjoni tagħhom f'din id-direzzjoni, u japplikaw l-istrateġija proposta għal katodi oħra ta' kapaċità għolja u potenzjal għoli.
L-istudju ġie ppubblikat fuq Matter, ġurnal ewlieni ta’ Cell Press, intitolat “Kuntatt Atomikament Intimu bejn Elettroliti Solidi u Elettrodi għal Batteriji tal-Li”. L-ewwel awtur huwa LI Fuzhen, student gradwat tal-USTC. Il-kollaboraturi tal-Prof. MA Cheng jinkludu l-Prof. NAN Ce-Wen mill-Università ta’ Tsinghua u d-Dr. ZHOU Lin mil-Laboratorju ta’ Ames.
(Skola tal-Kimika u x-Xjenzi tal-Materjali)
Link għad-dokument: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
Ħin tal-posta: 03 ta' Ġunju 2019