21 ઓગસ્ટના રોજ, યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેકનોલોજી ઓફ ચાઇના (USTC) ના પ્રો. એમએ ચેંગ અને તેમના સહયોગીઓએ આગામી પેઢીની સોલિડ-સ્ટેટ Li બેટરીના વિકાસને મર્યાદિત કરતી ઇલેક્ટ્રોડ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સંપર્ક સમસ્યાને સંબોધવા માટે એક અસરકારક વ્યૂહરચના પ્રસ્તાવિત કરી. આ રીતે બનાવેલ સોલિડ-સોલિડ કમ્પોઝિટ ઇલેક્ટ્રોડે અસાધારણ ક્ષમતાઓ અને રેટ પર્ફોર્મન્સ દર્શાવ્યું.
પરંપરાગત લિથિયમ-આયન બેટરીમાં કાર્બનિક પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટને ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સથી બદલવાથી સલામતીના મુદ્દાઓમાં મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડો થઈ શકે છે, અને ઊર્જા ઘનતા સુધારણા માટે "કાચની ટોચમર્યાદા" તોડી શકાય છે. જો કે, મુખ્ય પ્રવાહના ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી પણ ઘન હોય છે. બે ઘન પદાર્થો વચ્ચેનો સંપર્ક ઘન અને પ્રવાહી જેટલો ઘનિષ્ઠ હોવો લગભગ અશક્ય હોવાથી, હાલમાં ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ પર આધારિત બેટરીઓ સામાન્ય રીતે નબળી ઇલેક્ટ્રોડ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સંપર્ક અને અસંતોષકારક પૂર્ણ-કોષ પ્રદર્શન દર્શાવે છે.
"સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીનો ઇલેક્ટ્રોડ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સંપર્ક મુદ્દો કંઈક અંશે લાકડાના બેરલના સૌથી ટૂંકા સ્ટેવ જેવો છે," અભ્યાસના મુખ્ય લેખક USTC ના પ્રો. એમ.એ. ચેંગે જણાવ્યું હતું. "ખરેખર, આ વર્ષોમાં સંશોધકોએ ઘણા ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોડ અને સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ વિકસાવ્યા છે, પરંતુ તેમની વચ્ચેનો નબળો સંપર્ક હજુ પણ લિથિયમ-આયન પરિવહનની કાર્યક્ષમતાને મર્યાદિત કરી રહ્યો છે."
સદનસીબે, MA ની વ્યૂહરચના આ ભયંકર પડકારને દૂર કરી શકે છે. આ અભ્યાસ પ્રોટોટાઇપ, પેરોવસ્કાઇટ-સ્ટ્રક્ચર્ડ સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં અશુદ્ધિ તબક્કાના અણુ-દર-અણુ પરીક્ષણથી શરૂ થયો હતો. જોકે સ્ફટિક માળખું અશુદ્ધિ અને સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વચ્ચે ખૂબ જ અલગ હતું, તેમ છતાં તેઓ એપિટેક્સિયલ ઇન્ટરફેસ બનાવતા જોવા મળ્યા. વિગતવાર માળખાકીય અને રાસાયણિક વિશ્લેષણની શ્રેણી પછી, સંશોધકોએ શોધી કાઢ્યું કે ઉચ્ચ-ક્ષમતાવાળા Li-સમૃદ્ધ સ્તરવાળા ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે અશુદ્ધિ તબક્કો આઇસોસ્ટ્રક્ચરલ છે. કહેવાનો અર્થ એ છે કે, એક પ્રોટોટાઇપ સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇલેક્ટ્રોડના અણુ માળખા દ્વારા રચાયેલા "ટેમ્પલેટ" પર સ્ફટિકીકરણ કરી શકે છે, જેના પરિણામે પરમાણુ રીતે ઘનિષ્ઠ ઇન્ટરફેસ થાય છે.
"આ ખરેખર આશ્ચર્યજનક છે," પ્રથમ લેખક LI ફુઝેન, જે હાલમાં USTC ના સ્નાતક વિદ્યાર્થી છે, તેમણે કહ્યું. "સામગ્રીમાં અશુદ્ધિઓની હાજરી ખરેખર એક ખૂબ જ સામાન્ય ઘટના છે, એટલી સામાન્ય છે કે મોટાભાગે તેને અવગણવામાં આવશે. જો કે, તેમને નજીકથી જોયા પછી, અમને આ અણધારી એપિટેક્સિયલ વર્તણૂક મળી, અને તેણે ઘન-ઘન સંપર્કને સુધારવા માટેની અમારી વ્યૂહરચનાને સીધી પ્રેરણા આપી."
સામાન્ય રીતે અપનાવવામાં આવતા કોલ્ડ-પ્રેસિંગ અભિગમની તુલનામાં, સંશોધકો દ્વારા પ્રસ્તાવિત વ્યૂહરચના અણુ-રિઝોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી છબીમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે તેમ, અણુ સ્કેલ પર ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે સંપૂર્ણ, સીમલેસ સંપર્ક સાધી શકે છે. (MA ની ટીમ દ્વારા પ્રદાન કરાયેલ.)
અવલોકન કરાયેલ ઘટનાનો લાભ લઈને, સંશોધકોએ ઇરાદાપૂર્વક લિથિયમ-સમૃદ્ધ સ્તરીય સંયોજનની સપાટી પર પેરોવસ્કાઇટ-સંરચિત ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ જેવી જ રચના સાથે આકારહીન પાવડરને સ્ફટિકીકરણ કર્યું, અને સંયુક્ત ઇલેક્ટ્રોડમાં આ બે ઘન પદાર્થો વચ્ચે સંપૂર્ણ, સીમલેસ સંપર્ક સફળતાપૂર્વક પ્રાપ્ત કર્યો. ઇલેક્ટ્રોડ-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સંપર્ક સમસ્યાને સંબોધિત કરીને, આવા ઘન-ઘન સંયુક્ત ઇલેક્ટ્રોડે ઘન-પ્રવાહી સંયુક્ત ઇલેક્ટ્રોડની તુલનામાં પણ દર ક્ષમતા પ્રદાન કરી. વધુ અગત્યનું, સંશોધકોએ એ પણ શોધી કાઢ્યું કે આ પ્રકારનો એપિટેક્સિયલ ઘન-ઘન સંપર્ક મોટા જાળીના મેળ ખાતો નથી, અને આમ તેમણે પ્રસ્તાવિત વ્યૂહરચના ઘણા અન્ય પેરોવસ્કાઇટ ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ અને સ્તરીય ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર પણ લાગુ પડી શકે છે.
"આ કાર્ય એક એવી દિશા દર્શાવે છે જે અનુસરવા યોગ્ય છે," એમએએ કહ્યું. "અહીં ઉઠાવવામાં આવેલા સિદ્ધાંતને અન્ય મહત્વપૂર્ણ સામગ્રી પર લાગુ કરવાથી કોષ પ્રદર્શન વધુ સારું અને વધુ રસપ્રદ વિજ્ઞાન થઈ શકે છે. અમે તેની રાહ જોઈ રહ્યા છીએ."
સંશોધકો આ દિશામાં તેમનું સંશોધન ચાલુ રાખવાનો ઇરાદો ધરાવે છે, અને પ્રસ્તાવિત વ્યૂહરચના અન્ય ઉચ્ચ-ક્ષમતાવાળા, ઉચ્ચ-સંભવિત કેથોડ્સ પર લાગુ કરવાનો ઇરાદો ધરાવે છે.
આ અભ્યાસ સેલ પ્રેસના મુખ્ય જર્નલ મેટર પર પ્રકાશિત થયો હતો, જેનું શીર્ષક "એટોમિકલી ઇન્ટિમેટ કોન્ટેક્ટ બિટવીન સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ એન્ડ ઇલેક્ટ્રોડ્સ ફોર લી બેટરીઝ" હતું. પ્રથમ લેખક એલઆઈ ફુઝેન છે, જે યુએસટીસીના સ્નાતક વિદ્યાર્થી છે. પ્રો. એમએ ચેંગના સહયોગીઓમાં સિંઘુઆ યુનિવર્સિટીના પ્રો. એનએએન સી-વેન અને એમ્સ લેબોરેટરીના ડૉ. ઝાઉ લિનનો સમાવેશ થાય છે.
(રસાયણશાસ્ત્ર અને ભૌતિક વિજ્ઞાન શાળા)
પેપર લિંક: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30029-3
પોસ્ટ સમય: જૂન-03-2019