300Wh / किग्रा से ऊपर उच्च ऊर्जा घनत्व लिथियम आयन बैटरी प्राप्त करने के लिए स्तरित ऑक्साइड कैथोड सामग्री मुख्य सामग्री है। विशेष रूप से रॉक नमक संरचनात्मक इकाई ली द्वारा 2MnO 3और हेक्सागोनल स्तरित संरचनात्मक इकाई लीटीएमओ 2लिथियम समृद्ध मैंगनीज आधारित स्तरित ऑक्साइड कैथोड सामग्री गठित (ली 1+xटीएम 1-xO2, या xLi के रूप में लिखा जा सकता है 2MnO 3· (1-एक्स) लिमो 2), क्योंकि यह पहली पीढ़ी लिथियम आयन बैटरी की सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री लीकोओ से दोगुनी है 2प्रतिवर्ती लिथियम भंडारण क्षमता और अधिक ध्यान (300 mAh / जी तक)। हालांकि, इस तरह सामग्री एक निरंतर वोल्टेज क्षय (वोल्टेज फीका) विद्युत चक्र, एक प्रमुख अड़चन उनके व्यावहारिक अनुप्रयोग सीमित। लिथियम मैंगनीज युक्त के बाद से आधारित सामग्री एक जटिल संरचना और रासायनिक संरचना है, प्रभारी मुआवजा जटिल विद्युत धीमी गति से संरचनात्मक परिवर्तन के साथ प्रक्रियाओं में होता है वोल्टेज क्षय की व्यवस्था सही ज्ञान और निर्णायक प्रयोगात्मक सबूत की कमी की गई है।
भौतिकी संस्थान, चीनी अकादमी ऑफ साइंसेज / संयुक्त राज्य अमेरिका Enyuan हू, एक शोधकर्ता जिओ-किंग यांग, Huolin Xin, Argonne राष्ट्रीय डॉ यू क्सी कियान Brookhaven राष्ट्रीय प्रयोगशाला के साथ संघनित पदार्थ भौतिक विज्ञान समूह E01 शोध सहयोगी के लिए स्वच्छ ऊर्जा बीजिंग नेशनल सेंटर की मुख्य प्रयोगशाला प्रयोगशाला शोधकर्ताओं जून लू, Kahlil अमीन और राष्ट्रीय मानक संस्थान और प्रौद्योगिकी सीटू एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी और ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी शोषक युक्त लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड कैथोड सामग्री स्तरित का विस्तृत अध्ययन के उन्नत तीन आयामी इमेजिंग चिह्नित करने के लिए के माध्यम से अनुसंधान कर्मियों सहयोग वोल्टेज क्षय तंत्र (fig। 1), आयन जाली ऑक्सीजन ऑक्सीकरण-कमी प्रकृति की अस्थिरता और वोल्टेज के विभिन्न क्षीणन की वोल्टेज क्षीणन तत्वों के प्रभाव, और इसी के समाधान के साथ जुड़े अभिक्रिया में शामिल दिखाता है। हाल ही में प्रकाशित एक अध्ययन में - "प्राकृतिक ऊर्जा" (प्रकृति ऊर्जा, 2018, 3, 690-698), ऑक्सीजन रिहाई को कम करके ली में रेडोक्स जोड़ों और Mn युक्त कैथोड सामग्री और वोल्टेज फीका के शमन के एक लेख हकदार विकास।
एक विशेष रूप से डिजाइन बैटरी सिमुलेशन (fig। 2), लिथियम आयन बैटरी सीटू का अध्ययन समृद्ध लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड कैथोड सामग्री स्तरित (ली के साथ संयोजन के रूप में सिंक्रोटॉन का उपयोग कर टीम एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी 1.2नी 0.15सह 0.1Mn 0.55O2) चार्ज और डिस्चार्ज चक्र का एक रेडोक्स प्रतिक्रिया तंत्र में विभिन्न, संक्रमण धातु फैटायनों नी, सह, MN और ऑक्सीजन आयन जाली पाया, जबकि रेडोक्स प्रतिक्रियाओं में भाग लेने वाले, लिथियम भंडारण क्षमता योगदान और विकास (fig। 3) विद्युत साइकिल चालन के साथ होता है। जिसमें लिथियम आयन की जाली ऑक्सीजन प्रतिक्रिया योगदान बड़े भंडारण क्षमता है, लेकिन अस्थिर, MN और सह विद्युत साइकिल चालन क्रमिक सक्रियण विद्युत प्रतिक्रिया में शामिल है के साथ में भाग लेने के लिए ऑक्सीजन की भागीदारी के कारण (एक वोल्टेज क्षीणन में जिसके परिणामस्वरूप कम हो जाता है) क्षमता नुकसान मुआवजा और अस्थिरता से प्रतिक्रिया स्पष्ट रूप से ऊपर दिए गए परिणामों जाली ऑक्सीजन की भागीदारी के बीच संबंध की प्रकृति का पता चलता है एक उच्च क्षमता लिथियम अमीर प्रतिक्रिया तंत्र और वोल्टेज क्षय मैंगनीज आधारित सामग्री प्रदान करने के लिए आगे विद्युत साइकिल चालन TEM इमेजिंग तकनीक के दौरान सामग्री का ह्रास द्वारा की पुष्टि की है ऑक्सीजन, और एक इलेक्ट्रोलाइट सामग्री ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड के साथ प्रतिक्रिया करने मिला था सामग्री नुकसान वृद्धि हुई है और अधिक गंभीर वोल्टेज क्षय करने के लिए नेतृत्व कर रहा है (fig। 4)। इस अध्ययन इंगित करता है कि आवश्यक लिथियम अमीर सामग्री के निषेध चार्ज करने के दौरान एक उच्च वोल्टेज पर attenuating सामग्री जाली ऑक्सीजन आयनों वोल्टेज बढ़ाने के लिए स्थिरता, और विभिन्न तत्वों में विभिन्न सामग्रियों वोल्टेज क्षय पर उपस्थित का प्रभाव। इन डिजाइनों एक उच्च जानकारी सामग्री है कोई वोल्टेज क्षीणन और लिथियम अमीर स्तरित लिथियम ऑक्साइड कैथोड सामग्री प्रदान की विचारों और प्रायोगिक आधार की संरचनात्मक स्थिरता। इसके अलावा, इस पहली प्रायोगिक सिंक्रोटॉन विकिरण लंबे चक्र संयोजक विकास के दौरान सीटू लिथियम आयन बैटरी के लिए वास्तविक समय सामग्री का उपयोग तकनीक है और प्रदर्शन प्रयोगात्मक कार्य की गिरावट तंत्र। विधि और प्रयोगात्मक डिजाइन बैटरी और बैटरी सामग्री लंबे चक्र जीवन चक्र की विफलता तंत्र के भविष्य के लिए महत्वपूर्ण संदर्भ मूल्य है।
सिंक्रोट्रॉन विकिरण सीटू सेल सामग्री अनुसंधान के क्षेत्र में विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं की गैर विनाशकारी प्रतिक्रिया तंत्र के लिए प्रयोगात्मक तकनीक की एक किस्म प्रदान कर सकते हैं, यू कियान क्सी और स्वच्छ ऊर्जा भौतिकी प्रयोगशाला जहां E01 टास्क फोर्स अनुसंधान दल एक बैटरी अनुसंधान के विकास के लिए प्रतिबद्ध किया गया है सीटू प्रयोगात्मक विधियों में, हम रासायनिक समीक्षा (2017, 117, 13,123-13,186) और लेखा में एक समीक्षा लिखने के अध्ययनों से हाल ही में आमंत्रित किया और केमिकल रिसर्च (2018, 51, 290-298) और अन्य पत्रिकाओं के अंतरराष्ट्रीय समकक्षों की एक श्रृंखला बना दिया है इस पत्र प्रयोगात्मक विधि सिंक्रोटॉन विकिरण बैटरी सामग्री प्रस्तुत करता है। सबसे से संबंधित काम अनुसंधान एवं विकास कार्यक्रम (2016YFA0202500), NSFC नवाचार कोष आबादी (51,421,002) पर ध्यान केंद्रित किया गया है, चीनी अकादमी ऑफ साइंसेज और युवा परियोजनाओं के केंद्रीय संगठन विभाग सौ हजारों का समर्थन किया।
चित्रा 1 ली 1.2नी 0.15सह 0.1Mn 0.55O2चार्ज की परिधि और निर्वहन (क) और आरोप-निर्वहन घटता (ख) चक्रीय voltammogram के विभिन्न दृश्यों।
चित्रा 2 ली 1.2नी 0.15सह 0.1Mn 0.55O2विभिन्न चार्ज और निर्वहन चक्रों में विभिन्न तत्वों के एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रा।
चित्रा 3 ली 1.2नी 0.15सह 0.1Mn 0.55O2विभिन्न मुक्ति सप्ताह रेडोक्स प्रतिक्रिया (क) विभिन्न तत्वों सप्ताह योगदान अलग चार्ज और डिस्चार्ज क्षमता के; लाने (ख) इलेक्ट्रॉनिक संरचनात्मक परिवर्तन परिवर्तन लिथियम आयन-भंडारण क्षमता; (ग) संक्रमण धातु रेडोक्स से अलग ऊर्जा स्तर का अंतर वोल्टेज क्षीणन से संबंधित है।
अंजीर 4 (क) और (ख) इलेक्ट्रोड में और विद्युत साईकिल चलाने के बाद कणों की एक तीन आयामी स्थलाकृति;। (ग) और (घ) पहले micropore आकार के वितरण के आंकड़ों के एक आंतरिक चक्रीय सामग्री कणों, के बाद (ई) और (च) चक्र सामग्री कणों में आंतरिक माइक्रोप्रोर पोर आकार वितरण आंकड़े।
