a Caracterização estrutural do material catódico LirNMC por XRD e refinamento Rietveld. O gráfico inserido mostra a imagem SEM de partículas LirNMC. b Perfil de carga-descarga e dados do ciclo eletroquímico do LirNMC | | Meia célula de metal Li. c Renderização tridimensional do eletrodo composto e vistas ampliadas de algumas partículas de cátodos LirNMC selecionadas arbitrariamente (painéis I, II, e III). A separação núcleo / múltiplas camadas de mesoescala é claramente visível em todas as partículas. De:Estratificação de valência dependente da profundidade conduzida por oxigênio redox em óxido em camadas rico em lítio
Uma equipe de cientistas da Instalação de Radiação Síncrotron de Pequim do Instituto de Física de Altas Energias da Academia Chinesa de Ciências, a fonte de luz de radiação síncrotron de Stanford no SLAC e no laboratório nacional de Brookhaven usou espectrotomografia de nano-resolução baseada em síncrotron para estudar um material típico de níquel-manganês-cobalto (LirNMC) rico em lítio (isto é, Li 1,2 Ni0. 13 Mn 0,54 Co 0,13 O 2 ) para visualizar sua morfologia multicamadas e a dependência química e espacial do comportamento redox do oxigênio.
Este estudo, publicado em Nature Communications , revela que o redox de oxigênio induz a estratificação de valência de metal de transição dependente da profundidade em LirNMC.
Como um dispositivo de armazenamento de energia de alta eficiência, a bateria de íon-lítio é amplamente utilizada em dispositivos eletrônicos e veículos elétricos. A comunidade de pesquisa tem dedicado grande esforço para melhorar o desempenho eletroquímico.
O cátodo em camadas LirNMC é um dos candidatos promissores para a bateria de íons de lítio por causa de sua densidade de energia mais alta. Contudo, ele sofre de queda de tensão durante o ciclo. Para superar esse problema, é necessário entender o mecanismo para esse desbotamento de tensão.
Neste estudo, a equipe usou espectromografia de nano-resolução para estudar o material LirNMC no nível de partícula em três dimensões. Isso permitiu a visualização da morfologia multicamadas única do material com composição homogênea, e a dependência de profundidade induzida por carga da distribuição de valência do metal de transição.
Os resultados de espalhamento inelástico ressonante de raios X suaves (RIXS) e rendimento de fluorescência superparcial (sPFY) mostraram claramente as características de redox de oxigênio na amostra carregada (4,8 V no primeiro ciclo). Embora a atividade de oxigênio possa aumentar a capacidade do cátodo, ele irá gerar vacância de oxigênio ao redor dos cátions de metal de transição e diminuir suas valências. É por isso que a valência do metal de transição do LirNMC tem um perfil de profundidade muito diferente daquele do NM convencional no estado carregado.
Este estudo destaca a importância da engenharia de materiais no nível de partícula e uma estratégia de engenharia de composição dependente da profundidade, o que poderia ser uma maneira viável de resolver o problema de desvanecimento de tensão nos cátodos LirNMC.
