Tăng cường độ ổn định của xe đạp trong vật liệu catốt dựa trên Li-giàu Mn bằng kỹ thuật giao diện tích hợp rắn-lỏng-khí

Đánh giá cao tài liệu: Tăng cường độ ổn định của chu trình trong vật liệu catốt giàu Mn dựa trên Li bằng kỹ thuật giao diện tích hợp rắn-lỏng-khí

Tác giảTÔIthông tin mộtthứMỘTbài báoSbà bầu

Vào năm 2022, một nhóm do Giáo sư Peng Dongliang và nhà nghiên cứu Xie Qingshui của Đại học Hạ Môn dẫn đầu đã phát triển một phương pháp biến đổi bề mặt tích hợp khí lỏng rắn, giới thiệu lớp tiền cấu trúc CEI và cấu trúc dị thể khiếm khuyết trên bề mặt của vật liệu catốt dựa trên mangan giàu lithium (LRM), trong đó cải thiện đáng kể sự ổn định chu kỳ của vật liệu. Công trình này đã mở ra một ý tưởng mới để điều chỉnh độ ổn định của bề mặt và giao diện LRM, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển pin lithium ion mật độ năng lượng cao. Giáo sư Peng Dongliang và nhà nghiên cứu đặc biệt Xie Qingshui từ Trường Vật liệu, Đại học Hạ Môn là tác giả tương ứng của bài viết này và Guo Weibin, nghiên cứu sinh tiến sĩ từ Trường Vật liệu, Đại học Hạ Môn, là tác giả đầu tiên của bài viết này.

Chuẩn bị và thử nghiệm mẫu

1. Chuẩn bị PLRM vật liệu catốt dựa trên mangan giàu lithium ban đầu;

2. Chuẩn bị vật liệu catốt mangan giàu lithium DLRM được hỗ trợ bởi dimethyl oxalat (DMO);

3. Các mục thử nghiệm: phân tích thành phần, phân tích cấu trúc tinh thể, phân tích hình thái, phân tích hiệu suất điện hóa, tính toán DFT, phân tích điện trở (BER1300-IEST), thử nghiệm tạo khí tại chỗ của lõi điện đóng gói mềm (GVM2200-IEST), v.v.

Phân tích kết quả

Như được hiển thị trong Hình 1, tác giả nhận thấy rằng sau khi DMO sửa đổi bề mặt/giao diện của LRM, lớp tiền cấu trúc CEI đồng nhất và cấu trúc dị thể khiếm khuyết có thể được hình thành trên bề mặt của các hạt thứ cấp LRM và bề mặt/giao diện của các hạt sơ cấp bên trong. Lớp tiền cấu trúc CEI chứa nhóm C2O4H2 và các cấu trúc dị thể bị lỗi bao gồm các khuyết tật liti, chỗ trống oxy, cấu trúc dị thể spinel/phân lớp, chỗ trống TM, lỗi xếp chồng, v.v.

Hình 1. Sơ đồ phương pháp biến đổi bề mặt để tích hợp khí lỏng rắn và hình thái và cấu trúc vi mô của LRM biến đổi

Bằng cách so sánh điện trở điện tử của vật liệu ở cấp độ lát điện cực trước và sau khi sửa đổi (Hình 2), có thể thấy rằng điện trở lát điện cực của DLRM nhỏ hơn PLRM và điện trở chuyển ion Rct của DLRM ban đầu là cũng ít hơn PLRM; Sau 500 chu kỳ ở 1C, tốc độ tăng Rct của DLRM cũng nhỏ hơn đáng kể so với PLRM. Phân tích các lý do, việc giảm Rct chủ yếu là do sự hiện diện của các cấu trúc dị thể bị lỗi trên bề mặt, chẳng hạn như chỗ trống lithium, chỗ trống oxy và chỗ trống TM, sẽ làm giảm hàng rào khuếch tán của Li+, trong khi cấu trúc dị thể spinel/phân lớp có thể cải thiện độ dẫn điện tử và cung cấp kênh khuếch tán ba chiều nhanh cho Li+, vì vậy DLRM có khả năng phóng đại tốt hơn.

Bằng cách phân tích hình thái của mẫu sau khi lưu thông, có một lớp CEI dày, thô ráp và nứt nẻ trên bề mặt của các hạt PLRM sau khi lưu thông, trong khi lớp CEI trên bề mặt DLRM rõ ràng là mỏng và đồng nhất, điều này cho thấy rằng CEI được xây dựng lớp cấu trúc trước và cấu trúc dị thể khiếm khuyết có thể làm chậm hiệu quả sự ăn mòn của chất điện phân trên bề mặt vật liệu và tránh một số phản ứng phụ của chất điện phân. Để xác nhận mức độ phản ứng phụ của hai vật liệu, thử nghiệm thay đổi thể tích tại chỗ đã được tiến hành trên pin gói mềm một lớp được lắp ráp bởi hai vật liệu (Hình 3). Sự thay đổi thể tích trong quá trình xả điện tích chu kỳ đầu tiên chủ yếu là do kết tủa hiếu khí và phản ứng phụ của giao diện. So sánh sự thay đổi thể tích của hai loại lõi điện,

Hình 2. Kết quả kiểm tra điện trở điện cực LRM và trở kháng EIS trước và sau khi sửa đổi

Hình 3. Kết quả kiểm tra khối lượng tại chỗ Lõi điện đóng gói mềm của LRM trước và sau khi sửa đổi

Kết quả kiểm tra hiệu suất điện hóa cho thấy (Hình 4) so ​​với PLRM, công suất điện tích riêng của DLRM đã sửa đổi giảm trong khi công suất xả cụ thể tăng. Điều này chủ yếu là do DLRM đã sửa đổi loại bỏ nguồn lithium còn sót lại trên bề mặt vật liệu và hình thành các khuyết tật lithium và cấu trúc spinel trên bề mặt, giúp cải thiện hiệu quả độ ổn định bề mặt của vật liệu, do đó thu được hiệu suất coulomb đầu tiên cao. Ngoài ra, DLRM cho thấy hiệu suất phóng đại tốt hơn và độ ổn định của chu kỳ. Sau 500 chu kỳ ở 1C, tỷ lệ duy trì dung lượng của DLRM vẫn có thể đạt 83,3%, cao hơn đáng kể so với 72,9% của PLRM.

Hình 4. Kết quả kiểm tra hiệu suất điện của LRM trước và sau khi cải tiến

Bản tóm tắt

Tóm lại, phương pháp sửa đổi bề mặt tích hợp khí lỏng rắn hỗ trợ DMO đã được sử dụng để giới thiệu lớp cấu trúc trước CEI và cấu trúc dị thể khuyết tật trên bề mặt của vật liệu catốt dựa trên mangan giàu lithium (LRM), cải thiện hiệu quả độ ổn định bề mặt và cấu trúc của LRM, do đó cải thiện hiệu suất điện hóa toàn diện của nó. Công trình này cung cấp một phương pháp đơn giản để cải thiện độ ổn định chu kỳ của vật liệu catốt phân lớp, dự kiến ​​sẽ được áp dụng cho sản xuất công nghiệp.

Tài liệu gốc

Weibin Guo, Yinggan Zhang, Liang Lin, Wei He, Hongfei Zheng, Jie Lin, Baisheng Sa, Qiulong Wei, Laisen Wang, Qingshui Xie và Dong-Liang Peng. kỹ thuật giao diện tích hợp chất lỏng-khí.Nano Energy 97 (2022) 107201.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107201  

Đề xuất thiết bị kiểm tra liên quan đến IEST

thiết bị tôi:

Máy đo điện trở tấm điện cực: Model BER1300 (IEST), áp dụng phương pháp điện trở đĩa điện áp có thể điều khiển mặt phẳng kép, có các đặc điểm sau:

1. Tách dòng điện áp và dòng điện, loại bỏ ảnh hưởng của điện cảm đối với phép đo điện áp và cải thiện độ chính xác của phát hiện;

2. Điện cực đĩa có đường kính 14 mm đảm bảo diện tích tiếp xúc với mẫu tương đối lớn, giảm sai số xét nghiệm;

3. Đo trực tiếp điện trở xuyên dọc của miếng điện cực thực, nghĩa là tổng điện trở lớp phủ, điện trở tiếp xúc với chất lỏng của lớp phủ và bộ thu, và điện trở chất lỏng của bộ thu;

4. Nó có thể theo dõi sự thay đổi của điện trở tấm điện cực, độ dày tấm điện cực và mật độ áp suất tấm điện cực với áp suất trong thời gian thực;

5. Áp suất được áp dụng có thể được kiểm soát chính xác để đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu thử nghiệm;

Thiết bị2:

Máy theo dõi lượng sản xuất khí tại chỗ: model GVM2200 (IEST), với các tính năng sau:

1. Hệ thống kiểm tra đồng tâm cơ điện: giám sát trực tuyến tại chỗ trong thời gian dài với độ phân giải cao μ L；

2. Nhận biết môi trường kiểm tra nhiệt độ khác nhau: 20~85 ℃;

3. Phần mềm kiểm tra đặc biệt: thu thập và hiển thị dữ liệu của hệ thống kiểm tra cơ học trong thời gian thực và tự động vẽ đường cong thay đổi âm lượng và đường cong hiệu suất điện;