a Caratterizzazione strutturale del materiale catodico LirNMC mediante XRD e raffinamento Rietveld. Il grafico nel riquadro mostra l'immagine SEM delle particelle LirNMC. b Profilo di carica-scarica e dati sui cicli elettrochimici di LirNMC | |Li metallo semicella. c Rendering tridimensionale dell'elettrodo composito e viste ingrandite di alcune particelle di catodi LirNMC arbitrariamente selezionate (pannelli I, II, e III). La separazione mesoscala core/multi-shell è chiaramente visibile in tutte le particelle. Da:Stratificazione di valenza dipendente dalla profondità guidata dall'ossidoriduzione dell'ossigeno in ossido stratificato ricco di litio
Un team di scienziati della Beijing Synchrotron Radiation Facility presso l'Istituto di fisica delle alte energie dell'Accademia cinese delle scienze, la Stanford Synchrotron Radiation Light Source presso lo SLAC e il Brookhaven National Laboratory hanno utilizzato la spettrotomografia a nanorisoluzione basata sul sincrotrone per studiare un tipico materiale di nichel-manganese-cobalto (LirNMC) ricco di litio (cioè, Li 1.2 Ni0. 13 mn 0,54 Co 0.13 oh 2 ) per visualizzare la sua morfologia multistrato e la dipendenza chimica e spaziale del comportamento redox dell'ossigeno.
Questo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , rivela che il redox dell'ossigeno induce la stratificazione di valenza del metallo di transizione dipendente dalla profondità in LirNMC.
Come dispositivo di accumulo di energia ad alta efficienza, la batteria agli ioni di litio è ampiamente utilizzata nei dispositivi elettronici e nei veicoli elettrici. La comunità di ricerca ha dedicato grandi sforzi al miglioramento delle prestazioni elettrochimiche.
Il catodo a strati LirNMC è uno dei candidati promettenti per la batteria agli ioni di litio a causa della sua maggiore densità di energia. Però, soffre di decadimento di tensione durante il ciclo. Per superare questo problema, è necessario comprendere il meccanismo di questa dissolvenza di tensione.
In questo studio, il team ha utilizzato la spettrotomografia a nanorisoluzione per studiare il materiale LirNMC a livello di particelle in tre dimensioni. Ciò ha permesso la visualizzazione della morfologia multistrato unica del materiale con composizione omogenea, e la dipendenza dalla profondità indotta dalla carica della distribuzione di valenza del metallo di transizione.
I risultati di scattering anelastico di raggi X risonanti a raggi X molli (RIXS) e di resa di fluorescenza super parziale (sPFY) hanno mostrato chiaramente caratteristiche di ossidoriduzione dell'ossigeno nel campione caricato (4,8 V nel primo ciclo). Sebbene l'attività dell'ossigeno possa aumentare la capacità del catodo, genererà una vacanza di ossigeno attorno ai cationi dei metalli di transizione e diminuirà le loro valenze. Questo è il motivo per cui la valenza del metallo di transizione di LirNMC ha un profilo di profondità molto diverso da quello del NM convenzionale allo stato carico.
Questo studio evidenzia l'importanza dell'ingegneria dei materiali a livello delle particelle e una strategia di ingegneria compositiva dipendente dalla profondità, che potrebbe essere un modo praticabile per risolvere il problema della dissolvenza della tensione nei catodi LirNMC.
