مادة الكاثود ذات الطبقات المتعددة هي المادة الرئيسية لتحقيق كثافة عالية في بطاريات الليثيوم أيون 300Wh / kg. 2MNO 3ووحدة هيكلية سداسية الطبقات LiTMO 2تشكل مادة أكسيد الكاثود ذات الطبقات المنغنيزية الغنية الغنية بالليثيوم (Li 1+xTM 1-xO2أو يمكن كتابتها كـ xLi 2MNO 3· (1-س) ليمو 2) ، لأنه يحتوي على ضعف القطب الكهربائي الإيجابي LiCoO للجيل الأول من بطارية ليثيوم أيون 2عكسها سعة تخزين الليثيوم والكثير من الاهتمام (تصل إلى 300 مللي أمبير / ز). ومع ذلك، فإن هذه المواد الاضمحلال الجهد المستمر (الجهد تتلاشى) دورة الكهروكيميائية، عقبة رئيسية تحد من تطبيقها العملي. ومنذ الليثيوم المنغنيز الغنية المواد التي تقوم لها بنية معقدة والتركيب الكيميائي، يحدث تعويض تهمة في العمليات الكهروكيميائية معقدة يرافقه تغيير هيكلي بطيئة، وكانت آلية تسوس الجهد عدم وجود معلومات دقيقة والأدلة التجريبية قاطعة.
معهد الفيزياء، أكاديمية الصينية للعلوم / أهم مختبر مركز الطاقة النظيفة بكين الوطني للفيزياء المواد المكثفة المجموعة E01 باحث مشارك مع المختبر الوطني الدكتور يو شي تشيان بروكهافن في الولايات المتحدة الأمريكية Enyuan هو جين تاو، ويانغ الباحث شياو تشينغ، Huolin شين، أرجون الوطني الباحثون مختبر يونيو لو، خليل أمين والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بالتعاون أفراد البحث عن طريق في الموقع الطيفي للأشعة X ونقل المجهر الإلكتروني لتوصيف متقدمة التصوير ثلاثي الأبعاد لدراسة مفصلة من الليثيوم المنغنيز مادة أكسيد الكاثود ماصة الغنية الطبقات آليات الجهد تسوس (FIG 1)، ويوضح أيون الأكسجين شعرية تشارك في رد فعل الأكسدة والاختزال المرتبطة عدم الاستقرار لطبيعة وتأثير العناصر الجهد توهين توهين مختلفة من الجهد، والحلول المناسبة. الدراسة التي نشرت مؤخرا في - "الطاقة الطبيعية" (الطبيعة طاقة، 2018، 3، 690-698)، مقالا بعنوان تطور الأزواج الأكسدة في يثيوم والمواد الكاثود المنغنيز الغنية والتخفيف من تتلاشى الجهد عن طريق الحد من إطلاق الأكسجين.
فريق باستخدام السنكروترون الطيفي امتصاص أشعة X بالتزامن مع محاكاة البطارية مصممة خصيصا (FIG 2)، وبطارية ليثيوم أيون الليثيوم الموقع دراسة المخصب أكسيد المنغنيز الكاثود مواد الطبقات (لي 1.2ني 0.15شركة 0.1مليون 0.55O2) تختلف في آلية رد فعل الأكسدة من الشحن والتفريغ، وجدت الكاتيونات الانتقال معدن النيكل، شركة والمنجنيز وأنيون الأوكسجين شعرية أثناء مشاركتهم في تفاعلات الأكسدة والاختزال، فإن مساهمة سعة تخزين الليثيوم وتطور (FIG 3) مع الدراجات الكهروكيميائية يحدث. حيث (يتم تقليل مما أدى إلى تخفيف الجهد) الأكسجين شعرية من أيون الليثيوم المشاركة في مساهمة رد فعل سعة تخزين كبيرة ولكن غير مستقر، المنغنيز والتعاون مع الكهروكيميائية الدراجات تفعيل التدريجي تشارك في رد فعل الكهروكيميائية تعويض فقدان القدرة ورد فعل من عدم الاستقرار بسبب مشاركة الأكسجين بوضوح النتائج المذكورة أعلاه تكشف عن طبيعة العلاقة بين مشاركة الأكسجين شعرية لتوفير قدرة عالية ليثيوم آلية رد الفعل الغنية والمواد القائمة على المنغنيز الجهد تسوس تأكيد مزيد من الفقدان التدريجي من المواد أثناء ركوب الدراجات الكهروكيميائية التكنولوجيا TEM التصوير تم العثور على الأكسجين، والمواد بالكهرباء للتفاعل مع الأقطاب الأكسجين زيادة الخسائر المادية وتؤدي إلى تسوس الجهد أكثر شدة (FIG 4). وتشير هذه الدراسة إلى أن تثبيط المواد الغنية الليثيوم اللازمة لزيادة الجهد تخفيف أيونات المواد شعرية الأوكسجين في الجهد العالي أثناء الشحن الاستقرار ، والعناصر المختلفة في المادة لها تأثيرات مختلفة على تآكل الجهد ، وهذه المعلومات مصممة لتكون عالية السعة لا تخفيف الجهد والاستقرار الهيكلي للالليثيوم الطبقات أكسيد الليثيوم الكاثود المواد الغنية قدمت الأفكار وأساس تجريبي. وبالإضافة إلى ذلك، وهذا هو أول تقنيات تجريبية باستخدام أشعة السنكروترون الموقع المواد في الوقت الحقيقي لبطاريات الليثيوم أيون خلال دورة طويلة تطور التكافؤ و عمل تجريبي لآلية توهين الأداء: تتميز هذه الطريقة والتصميم التجريبي بقيمة مرجعية هامة للبحث المستقبلي عن آلية الإخفاق في البطارية ومواد البطارية في دورة حياة دورة طويلة.
الإشعاع السنكروترون يمكن أن توفر مجموعة متنوعة من التقنيات التجريبية لآلية رد فعل غير مدمرة العمليات الكهروكيميائية الموقعي بحوث المواد خلية في يو تشيان شي ونظيفة مختبر فيزياء الطاقة حيث قد ارتكبت فريق البحث فريق العمل E01 إلى تطوير البحوث البطارية في الطرق التجريبية الموقع، حققنا سلسلة من الدراسات دعت مؤخرا ونظيراتها الدولية للبحوث الكيميائية (2018، 51، 290-298)، ومجلات أخرى لكتابة التعليقات في الكيمياء (2017، 117، 13123-13186) والحسابات هذه الورقة بتقديم التجريبية طريقة السنكروترون المواد بطارية الإشعاع. وقد تركز عمل MOST ذات الصلة على R & برنامج D (2016YFA0202500)، NSFC سكان صندوق الابتكار (51421002)، والأكاديمية الصينية للعلوم ودائرة التنظيم المركزي مائة الآلاف من مشاريع الشباب معتمدة.
الشكل 1 لي 1.2ني 0.15شركة 0.1مليون 0.55O2وجهات نظر مختلفة من المحيط الخارجي للشحن والتفريغ (أ) و منحنيات المسؤول عن تصريف (ب) voltammogram دوري.
الرقم 2 لي 1.2ني 0.15شركة 0.1مليون 0.55O2أطياف امتصاص الأشعة السينية للعناصر المختلفة في دورات الشحن والتفريغ المختلفة.
الرقم 3 لى 1.2ني 0.15شركة 0.1مليون 0.55O2يختلف رد فعل التفريغ أسبوع الأكسدة (أ) من عناصر مختلفة مساهمة أسبوع مختلفة الشحن وتفريغ القدرات؛ جلب (ب) الإلكترونية الهيكلي التغيير التغيير ليثيوم أيون تخزين المحتملة؛ (ج) مختلفة من الأكسدة المعادن الانتقالية يرتبط اختلاف مستوى الطاقة بتوهين الفولطية.
FIG 4 (أ) و (ب) تضاريس ثلاثية الأبعاد من الجزيئات في القطب وبعد ركوب الدراجات الكهروكيميائية؛ (ج) و (د) الداخلية جزيئات المواد دوري قبل إحصاءات حجم التوزيع من micropore، وبعد (ه) و (و) دورة إحصائيات توزيع حجم المسام الداخلية الصغيرة في جسيمات المواد.
