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Nat. Mater.:晶粒几何形状对多孔插层电极电化学性能的影响

 更新时间:2023-11-03 点击量:376
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主要内容


自锂离子电池出现以来,其理论容量及应用潜力仍尚未实现。这主要是由于在电极结构的设计和构建方面依然存在挑战,使其整个内部空间能够可逆地用于离子存储。由相同材料和相同规格构建的电极,仅在组成晶粒的尺寸和几何形状方面有所不同,但在极化、应力积累和容量衰减方面会表现出明显的差异。

在这篇文章中,研究团队使用操作同步加速器X射线衍射和能量色散X射线衍射(EDXRD),探讨了V2O5作为模型相变阴极中锂化诱导相变的显著晶粒几何相关修饰机制起源。观察到相共存状态的显著调制是晶粒几何形状的函数。具体而言,纳米尺寸的球形V2O5晶粒稳定了亚稳相,以避免形成大的失配应变。

空间分辨EDXRD测量表明,晶粒几何形状强烈地改变了多孔阴极结构的曲率。在包括微米大小的薄片电极结构中,更大的离子传输限制导致电极厚度上锂化不均匀性。这些结果确立了粒子几何对亚稳相区和电极曲率的修正可作为实现插层阴极的关键设计原则。


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其中使用巨力光电代理的kSA MOS 原位薄膜应力测量系统 (k-Space Associates)进行实时应力测量,监测衬底曲率的变化。MOS测量检测电极衬底背面曲率的变化,从样品表面反射并捕获平行激光束阵列在CCD相机上。

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文献信息


Effect of crystallite geometries on electrochemical performance of porous intercalation electrodes by multiscale operando investigation
Yuting Luo, Yang Bai, Aashutosh Mistry, Yuwei Zhang, Dexin Zhao, Susmita Sarkar, Joseph V. Handy, Shahed Rezaei, Andrew Chihpin Chuang, Luis Carrillo, Kamila Wiaderek, Matt Pharr, Kelvin Xie, Partha P. Mukherjee, Bai-Xiang Xu and Sarbajit Banerjee