Блог

Aug 26, 2023

Исследователи показывают графику

Исследователи из Франции и Нидерландов показали, что поверхности графина и графдиина в твердотельной литий-металлической батарее эффективно допускают интеркаляцию лития, предотвращая при этом другие

Исследователи из Франции и Нидерландов показали, что поверхности как графина, так и графдиина в твердотельной литий-металлической батарее эффективно обеспечивают интеркаляцию лития, предотвращая при этом попадание других молекул электролита на электроды. Статья об их работе опубликована в журнале Journal of Power Sources.

Полностью твердые электролиты могут привести к технологическому прорыву в производительности твердотельных батарей в сочетании с литий-металлическим анодом. Однако использование литий-металлического анода сопряжено с рядом проблем, таких как рост дендритов, электрохимическая стабильность интерфейса, образование и распространение трещин, а также расслоение границ раздела электрод/электролит.

Целью этой работы является изучение эффективности использования недавно синтезированных 2D-мембран на основе графина (а именно графина, графдиина и графтриина) для защиты электродов в батарее с твердым полимерным электролитом посредством расчетов из первых принципов, метода подталкиваемой эластичной ленты и классического молекулярно-динамического моделирования. .

В частности, мы стремимся исследовать эффективность этих мембран в решении вышеупомянутых проблем.

Исследователи предложили альтернативное решение, которое предотвращает прямой контакт между электролитами и электродами, покрывая электроды слоями графина-n (n = 1, 2, 3), проницаемыми для небольших катионов, таких как Li+ и Na+.

Графин (n=1), графдиин (n=2) и графтриин (n=3) представляют собой двумерные аллотропы углерода, состоящие из ацетиленовых связей (sp-) и бензола (ароматических колец) (sp-гибридизированных атомов углерода). Графин представляет собой плоский лист толщиной в один атом. Графдиин, синтезируемый с 2010 года, является наиболее стабильным неприродным аллотропом углерода, содержащим диацетиленовые связи. Из-за пористой структуры, содержащей треугольные поры размером 3,94 Å, 5,42 Å и 6,69 Å для графина, графдиина и графтриина соответственно, а также сопряженных атомов углерода, графин-n обеспечивает места хранения и пути диффузии для небольших ионов, таких как Li+.

Таким образом, Li+ может диффундировать в параллельных и перпендикулярных направлениях слоям графина-n, что делает графин-n перспективным двумерным материалом для аккумуляторов энергии.

Исследуемая модель батареи состояла из твердых полимерных электролитов (ТПЭ), ограниченных двумя поверхностями графина-n, где каждая поверхность состоит из четырех слоев листа графина-n с n = 1, 2 или 3.

Исследователи применили сильное внешнее электрическое поле напряженностью до 0,5 В/Å, 0,75 В/Å и 1 В/Å, чтобы ускорить процесс диффузии ионов. Были исследованы энергии адсорбции, перенос заряда и диффузия в плоскости/вне плоскости одиночного лития на поверхностях на основе графина. После этого они рассчитали и сравнили проницаемость лития, эффективность отторжения молекул электролита и внутренние свойства нанопористых мембран на основе графина.

Ресурсы

Мохаммед Лемаалем, Набиль Хоссосси, Гаэль Будер, Поулуми Дей, Филипп Карбоньер (2023) «Мембрана на основе графина как многообещающий кандидат для защиты электродов литиевых батарей: выводы из атомистического моделирования», Journal of Power Sources, Volume 581 doi: 10.1016/ j.jpowsour.2023.233482

Опубликовано 20 августа 2023 г. в Аккумуляторы, Литий-металл, Обзор рынка, Материалы | Постоянная ссылка | Комментарии (0)