Nature Materials：经由历程拓扑化教单晶修正战operando钻研预插层对于锂离子散漫的影响 – 质料牛

发布时间：2025-08-17 02:58:34 来源： 作者：冷门事件

一、经教单晶修 【科教布景】   

锂离子电池的由历预插于锂影响容量及各项电化教功能对于能源转型至关尾要，它可能拷打电动汽车的程拓层对去世少，并处置残缺重新构念的扑化电网所里临的种种挑战。可是正战钻研质料，开始进的离散锂离子电池也达不到实际容量。释放残余的经教单晶修容量需供设念出可能约莫顺应正在多个少度尺度上，以最小的由历预插于锂影响扭直真现Li离子的可顺插进的质料。正极质料是程拓层对限度电化教功能战限度财富化斲丧的一个闭头瓶颈。真现正极质料齐数后劲的扑化一个尾要格式是操做预插层策略，其中碱或者碱土阳离子占有特定的正战钻研质料间隙位置，可能扩展大层状质料之间的离散通讲或者反对于凋谢的三维(3D)挨算。

二、经教单晶修【坐异功能】

远日，由历预插于锂影响去自印度Prayagraj的程拓层对Homi Bhabha国家钻研所的Sudip Chakraborty教付与德州农工小大教的Sarbajit Banerje教授正在Nature Materials期刊宣告了题为“Effect of pre-intercalation on Li-ion diffusion mapped by topochemical single-crystal transformation and operando investigation”的论文，该项钻研经由历程比力ζ-V₂O₅(一种一维(1D)隧讲挨算的V₂O₅)正在Na战K离子预插层时的锂化/衰减机制，钻研了碱金属离子预插层的熏染感动。经由历程操做同步减速器的operando粉终x射线衍射(XRD)丈量战宏不美不雅晶体拓扑化教锂化的下分讲率非本位单晶XRD去批注锂化激发的挨算扰动的动态演化，并将不雅审核到的挨算演化与电化教功能相闭联，讲明了预插层对于晶格能源教战Li离子脱越的散漫蹊径的影响。

图1 挨算与形态表征。©2024 Springer Nature

图2 β-Na_0.25V₂O₅战β-K_0.27V₂O₅的电化教表征。©2024 Springer Nature

图3 预插层β-Na_xV₂O₅战β-K_xV₂O₅中锂离子散漫的单晶XRD做图。© 2024Springer Nature

图4 用operando同步减速器粉终表征挨算演化的XRD。©2024 Springer Nature

图5 预插层化开物的迁移屏障。©2024 Springer Nature

钻研者正在隧讲挨算的ζ-V₂O₅正极中操做拓扑化教单晶到单晶的修正去批注预插层正在删改主晶格战修正散漫蹊径圆里的影响。此外，操做同步辐射X射线衍金莲艺，可能正在预插层质料中凭证放电深度绘制锂离子的位置偏偏恰战占位情景。预插的碱金属离子占有扩大隧讲内的β位;那类隧讲扩大减沉了插进锂离子之间的倾轧性库仑相互熏染感动，并产去世了更广漠广漠豪爽的过渡态，用于锂离子的背靠背散漫。钠离子的预插层导致了钠离子战锂离子正在隧讲双侧的赫然偏偏析。正在K离子预插层中出有无雅审核到孤坐的“通讲”，其中锂离子迁移依然对于β’战C位面具备下抉择性。同时预嵌进“舍身”了一部份本去会被Li离子占有的间隙位置，但隧讲扩大反对于-挨开效应不但赚偿了那一壁，借提供了更下的可达容量，从而真现更下的可达容量锂离子散漫，并展现出更小大的容量。正在单晶到单晶拓扑化教修正战operando衍射钻研的底子上，讲明了预插层质料功能改擅的簿本级道理，为正极的抉择性建饰格式展仄了蹊径。

 三、【科教开辟】

该项功能散漫非本位单晶衍射跟踪的拓扑化教锂化战同步减速器粉终XRD钻研预插层β-Na_0.25V₂O₅战β-K_0.27V₂O₅的电化教锂化，从机了讲明了预插层正在锂离子电池患上到更下可顺容量战改擅锂离子散漫率圆里的挨算熏染感动。Na-战K-离子插层“撑开”一维通讲，削减插进的锂离子之间的静电倾轧，残缺修正散漫蹊径，使锂离子的散漫率后退多少个数目级，并患上到更下的容量。做者经由历程对于有希看的插进体妨碍位面抉择性建饰，可能解锁更小大的可顺容量战增强锂离子散漫率。将去的工做将散开正在粒子多少多中形的劣化战3D中尺度挨算的设念上，以减沉能源教妨碍，更实用天操做活性质料。

本文概况：https://www.nature.com/articles/s41563-024-01842-y

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