快速充電鋰離子電池對于交通電氣化和電網(wǎng)規(guī)模存儲(chǔ)的實(shí)施具有重要的技術(shù)意義，并且需要對高速率插入反應(yīng)有更多的基本了解，以克服當(dāng)前的速率限制。特別是，離子插入期間的相變已被假設(shè)為減慢充電速度。具有改進(jìn)的轉(zhuǎn)變行為的納米材料通常表現(xiàn)出更快的動(dòng)力學(xué)，但這些變化的機(jī)制及其對快速充電的具體貢獻(xiàn)仍然知之甚少。
在這項(xiàng)工作中，加州大學(xué)洛杉磯分校Sarah H. Tolbert將原位同步加速器X射線衍射與電化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析相結(jié)合，以說明納米級晶體尺寸如何導(dǎo)致抑制一階插入誘導(dǎo)的相變及其在隧道結(jié)構(gòu)主體材料MoO2中的負(fù)面動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。
文章要點(diǎn)
1）在由微米級顆粒制成的電極中，循環(huán)過程中較大的一級相變會(huì)降低容量、減慢電荷存儲(chǔ)并縮短循環(huán)壽命。在中等尺寸的納米多孔MoO2中，相變?nèi)匀皇且患壍模@示出相當(dāng)小的混溶間隙和更短的兩相共存區(qū)域。最后，在小的MoO2納米晶體中，鋰化過程中的結(jié)構(gòu)演變完全變成單相/固溶體。
2）對于所有納米結(jié)構(gòu)材料，相變動(dòng)力學(xué)的變化會(huì)導(dǎo)致容量、倍率性能和循環(huán)壽命的顯著改善。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了通過納米級尺寸效應(yīng)從散裝形式的動(dòng)力學(xué)受阻電池材料到快速充電贗電容材料的不斷演變。因此，它提供了關(guān)于如何使用納米級尺寸有效控制相變的關(guān)鍵見解，并強(qiáng)調(diào)了這些結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)對于納米結(jié)構(gòu)電極材料中觀察到的快速能力的重要性。
參考文獻(xiàn)
Daniel D. Robertson, et al, Understanding How the Suppression of Insertion-Induced Phase Transitions Leads to Fast Charging in Nanoscale LixMoO2, ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.3c10169
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10169
