Aufklärung der strukturellen Eigenschaft in Li-Ionen-Batterien, die Lieferung ultra-schnell-Ladung: die Verbesserung der Li-Ionen-Batterien durch die Beschichtung Ihrer Kathode mit BaTiO3 nanodots

Wissenschaftler an der Tokyo Tech und der Okayama University einen Weg gefunden, der erheblich zur Verbesserung der Leistung von LiCoO2 Kathoden in Lithium-Ionen-Batterien dekorieren Sie mit BaTiO3 nanodots. Am wichtigsten ist, Sie verdeutlicht den Mechanismus hinter der Messergebnisse zu dem Schluss, dass die BaTiO3 nanodots erstellen Sie eine spezielle Schnittstelle, durch die Li-Ionen zirkulieren kann problemlos auch bei sehr hohen lade – /entladerate.

Es sollte niemand überrascht sein, dass die Batterien aktiviert haben unzählige Anwendungen im Bereich der elektrischen und elektronischen Geräte. Heute, moderne Fortschritte in der elektrischen Geräte und Fahrzeuge erstellt haben, die Notwendigkeit für eine noch bessere Batterien in Bezug auf Stabilität, rechargeability, und der Ladevorgang beschleunigt. Während Li-Ionen-Batterien (LIBs) haben sich als sehr nützlich, es ist nicht möglich zu berechnen, dass Sie schnell genug mit hohem Strom ohne Probleme, wie plötzliche Rückgänge in der cyclability-und output-Kapazität aufgrund Ihrer inhärenten hohen Widerstand und unerwünschte Nebenreaktionen.

Die negativen Auswirkungen, die solche unerwünschten Reaktionen behindern LIBs mit LiCoO2 (LCO) als Kathodenmaterial. Einer von Ihnen geht die Auflösung der Co4 – Ionen in der Elektrolytlösung der Batterie während der lade/Entlade-Zyklen. Ein weiterer Effekt ist die Bildung eines festen Elektrolyt-Grenzfläche zwischen dem aktiven material und der Elektrode in diesen Akkus, die behindert die Bewegung der Li-Ionen und damit die performance verringert.

In einem früheren Forschung, Wissenschaftler berichtet, dass die Verwendung von Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante wie BaTiO3 (BTO), erweiterte das high-rate-Leistung von LCO-Kathoden. Allerdings ist der Mechanismus hinter den beobachteten Verbesserungen war unklar. Um Licht in diese vielversprechenden Ansatz, ein team von Wissenschaftlern aus Tokyo Tech, unter der Leitung von Prof. Mitsuru Itoh, Dr. Shintaro Yasui und Herr Sou Yasuhara, studierte LCO-Kathoden mit BTO Anwendung in verschiedenen Möglichkeiten, um herauszufinden, was geschehen ist in der BTO-LCO-Schnittstelle im detail.

Das team erstellt drei verschiedene LCO-Kathoden: eine blanke eins, eins, beschichtet mit einer Schicht von BTO, und man bedeckt mit BTO-nanodots. Das team hat auch modelliert eine LCO-Kathode mit einem einzigen BTO-nanodot-und vorhergesagt, dass interessanterweise die Stromdichte nahe dem Rand des BTO-nanodot war sehr hoch. Dieser bestimmte Bereich wird als die dreifach-phase interface (BTO-LCO-Elektrolyt), und seine Existenz erheblich verbessert die elektrische Leistung der Kathode bedeckt mit mikroskopisch kleinen BTO-nanodots.

Wie erwartet, nach Prüfung und Vergleich der drei Kathoden, die Sie vorbereitet, das team gefunden, dass ein mit einer Schicht von BTO-Punkten zeigten eine viel bessere Leistung, sowohl in Bezug auf Stabilität und Entladung Kapazität. „Unsere Ergebnisse zeigen klar, dass die Dekoration mit BTO-nanodots spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung cyclability und die Verringerung der Widerstand“, sagt Itoh. Die Erkenntnis, dass die BTO-Punkte hatte eine entscheidende Wirkung auf die Beweglichkeit von Li-Ionen in der Kathode, das team suchte nach einer Erklärung.

Nach Prüfung Ihrer Messungen Ergebnisse, das team der Schluss gezogen, dass BTO-nanodots, Pfade zu erstellen, durch die Li-Ionen können leicht intercalate/de-intercalate, auch bei sehr hohen lade – /entladerate. Dies ist so, weil das elektrische Feld konzentriert sich um Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante. Außerdem, die Bildung der solid electrolyte interface ist stark unterdrückt, in der Nähe der triple-Grenzfläche, die sonst wenig cyclability. „Der Mechanismus, durch den die Bildung der solid electrolyte interface ist gehemmt in der Nähe der triple-phase-Schnittstelle ist noch unklar“, so Itoh.

Während noch sehr viel Forschung zu diesem Thema getan werden muss, die Ergebnisse, die durch das team sind vielversprechend und könnte Hinweis auf eine neue Weise von einer stark verbesserten LIBs. Das könnte ein bedeutender Schritt für die Erfüllung der Anforderungen der modernen und zukünftigen Geräte.