Araştırmacılar, katı hal elektrokatalizine yenilikçi bir yaklaşım geliştirerek lityum iyon pil (LIB) teknolojisinde çığır açtı. Bu yeni geliştirme, ultra yüksek hızlı şarj sağlama potansiyeline sahip. Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden bir ekip tarafından yönetilen yeni tasarım, lityum kobalt oksit (LCO) katotla eşleştirildiğinde pilin hızlı bir şekilde şarj edilmesini sağlayan gelişmiş bir kükürt katkılı siyah fosfor (S/bP) anot içeriyor.
Ultra yüksek hızlı şarj için yeni anot ve katot
Sonuç, sadece dokuz dakikada yüzde 80 şarja ulaşabilen, hem hız hem de verimlilik açısından önceki tasarımlardan daha iyi performans gösteren enerji yoğun bir lityum iyon pil. 302 Wh/kg etkileyici enerji yoğunluğuyla pil, bu performansı 300’den fazla şarj döngüsü boyunca koruyarak dayanıklılığını ve ticari uygulanabilirliğini kanıtladı.
Bu başarının merkezinde elektrokatalizin katı hal reaksiyonlarına uygulanması yatmaktadır. Elektrokataliz, enerji bariyerini düşürerek elektrokimyasal reaksiyonları hızlandırır ve yakıt hücrelerinde, pillerde ve diğer enerji dönüşüm teknolojilerinde temel bir mekanizmadır. Geleneksel olarak, elektrokataliz sıvı-katı veya gaz-katı arayüzleriyle sınırlıydı, ancak bu atılım, LIB’lerin ilerlemesi için kritik bir ihtiyaç olan katı faz reaksiyonlarındaki potansiyelini göstermektedir.
Araştırma ekibi, LIB’lerin ortak bir sınırlamasını ele aldı: silikon ve fosfor gibi katı anot malzemelerinde lityum iyonlarının yavaş hareketi. Tipik olarak, bu malzemeler lityum iyonlarını alaşım reaksiyonları yoluyla depolar, ancak yavaş iyon hareketlilikleri pilin hızlı bir şekilde şarj olma yeteneğini sınırlar. Ek olarak, lityum alaşımlama işleminin ürünleri, geleneksel elektrokataliz için gerekli olan tipik iki fazlı teması atlayarak katı fazlarda bulunuyor.
Bu zorlukların üstesinden gelmek için ekip, heteroatom dopingi kullandı; bu, yabancı atomların malzemenin yapısına entegre edilerek özelliklerinin değiştirildiği bir işlemdir. Bu durumda, iletkenliği iyileştirmek ve Li-alaşımlama işleminin reaksiyon kinetiğini geliştirmek için siyah fosfora kükürt eklendi. Yaklaşık yüzde 5’lik kritik bir heteroatom doping konsantrasyonu kullanarak, araştırmacılar alaşımlama reaksiyonları için oldukça aktif bölgeler yaratabildiler. Bu bölgeler, içsel kimyasal bağların kırılmasını önemli ölçüde artırarak, reaktif bölgelerin sayısını artıran ve nihayetinde elektrokimyasal reaksiyonu hızlandıran daha küçük birim hücrelerinin oluşumunu kolaylaştırdı.
 kullanıldı.){kind=link}