ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी के प्रदर्शन को बेहतर बनाने में एनीलिंग की भूमिका

ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम बैटरी सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग में नई सनक बन गई हैं क्योंकि पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी अब उन्नत तकनीकों के मानकों को पूरा नहीं कर सकती हैं, जैसे कि इलेक्ट्रिक वाहन, जो उच्च ऊर्जा घनत्व, तेज चार्जिंग और लंबे चक्र की मांग करते हैं। ज़िंदगियाँ। ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरियां, जो पारंपरिक बैटरियों में पाए जाने वाले तरल इलेक्ट्रोलाइट के बजाय ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं, न केवल इन मानकों को पूरा करती हैं बल्कि तुलनात्मक रूप से सुरक्षित और अधिक सुविधाजनक होती हैं क्योंकि उनमें कम समय में चार्ज होने की संभावना होती है।

हालाँकि, ठोस इलेक्ट्रोलाइट अपनी चुनौती के साथ आता है। यह पता चला है कि सकारात्मक इलेक्ट्रोड और ठोस इलेक्ट्रोलाइट के बीच का इंटरफ़ेस एक बड़े विद्युत प्रतिरोध को दर्शाता है जिसका मूल अच्छी तरह से समझा नहीं गया है। इसके अलावा, प्रतिरोध तब बढ़ जाता है जब इलेक्ट्रोड की सतह हवा के संपर्क में आती है, जिससे बैटरी की क्षमता और प्रदर्शन कम हो जाता है। जबकि प्रतिरोध को कम करने के कई प्रयास किए गए हैं, कोई भी इसे 10 Ω सेमी तक कम करने में कामयाब नहीं हुआ है² (ओम सेंटीमीटर-वर्ग), हवा के संपर्क में न आने पर रिपोर्ट किए गए इंटरफ़ेस प्रतिरोध मान।

अब, में प्रकाशित एक हालिया अध्ययन में एसीएस लागू सामग्री और इंटरफेस, टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (टोक्यो टेक), जापान के प्रोफेसर तारो हितोसुगी और टोक्यो टेक में डॉक्टरेट के छात्र शिगेरू कोबायाशी के नेतृत्व में एक शोध दल ने आखिरकार इस समस्या को हल कर लिया है। कम इंटरफ़ेस प्रतिरोध को बहाल करने के साथ-साथ इस कमी के अंतर्निहित तंत्र को उजागर करने के लिए एक रणनीति स्थापित करके, टीम ने उच्च प्रदर्शन वाली सभी ठोस-राज्य बैटरी के निर्माण में मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान की है। यह अध्ययन टोक्यो टेक, राष्ट्रीय उन्नत औद्योगिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान (एआईएसटी) और यामागाटा विश्वविद्यालय के संयुक्त शोध का परिणाम था।

शुरू करने के लिए, टीम ने लिथियम नकारात्मक इलेक्ट्रोड, एक LiCoO वाली पतली फिल्म बैटरी तैयार की₂ सकारात्मक इलेक्ट्रोड, और एक ली₃PO₄ ठोस इलेक्ट्रोलाइट। बैटरी के निर्माण को पूरा करने से पहले, टीम ने LiCoO का पर्दाफाश किया₂ सतह से हवा, नाइट्रोजन (एन₂), ऑक्सीजन (O)₂), कार्बन डाइऑक्साइड (CO .)₂), हाइड्रोजन (H .)₂), और जल वाष्प (एच₂ओ) 30 मिनट के लिए।

उनके आश्चर्य के लिए, उन्होंने एन के संपर्क में पाया₂,₂, सीओ₂, और वह₂, गैर-उजागर बैटरी की तुलना में बैटरी के प्रदर्शन को कम नहीं किया। "सिर्फ एच₂O वाष्प Li को प्रबलता से निम्नीकृत करता है₃PO₄ - लीकू₂ इंटरफ़ेस और इसके प्रतिरोध को अनएक्सपोज़्ड इंटरफ़ेस की तुलना में 10 गुना अधिक मूल्य तक बढ़ा देता है," प्राध्यापक हितोसुगी कहते हैं।

टीम ने अगली बार "एनीलिंग" नामक एक प्रक्रिया का प्रदर्शन किया, जिसमें नमूने को बैटरी के रूप में एक घंटे के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर गर्मी उपचार किया गया, यानी नकारात्मक इलेक्ट्रोड जमा किया गया। आश्चर्यजनक रूप से, इसने प्रतिरोध को घटाकर 10.3 Ω सेमी कर दिया², अनएक्सपोज्ड बैटरी की तुलना में!

संख्यात्मक सिमुलेशन और अत्याधुनिक मापन करके, टीम ने तब खुलासा किया कि कमी को लीसीओओ के भीतर से प्रोटॉन के सहज हटाने के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।₂ एनीलिंग के दौरान संरचना।

"हमारे अध्ययन से पता चलता है कि LiCoO में प्रोटॉन₂ पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया में संरचना एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। हम आशा करते हैं कि इन इंटरफेसियल सूक्ष्म प्रक्रियाओं की व्याख्या से सभी ठोस-राज्य बैटरियों की अनुप्रयोग क्षमता को व्यापक बनाने में मदद मिलेगी," प्राध्यापक हितोसुगी ने निष्कर्ष निकाला।