लिथियम-आयन भंडारण में, माइक्रोस्ट्रक्चर्ड सिंगल क्रिस्टल इलेक्ट्रोड सामग्री सामग्री के अंदर अनाज की सीमाओं को हटाने के कारण आयनिक चालकता के लिए बहुत फायदे दिखाती है, लेकिन आमतौर पर सूक्ष्म आकार के कण में ली आयनों की प्रसार दूरी को कम कर देती है, जिसके परिणामस्वरूप दर क्षमता और चक्र स्थिरता कम हो जाती है।

इसलिए, उच्च-प्रदर्शन लिथियम भंडारण के लिए मेसोपोरस सिंगल-क्रिस्टल माइक्रोपार्टिकल सामग्री को डिजाइन और संश्लेषित करना अत्यधिक वांछनीय है, जो माइक्रोस्ट्रक्चर और नैनोस्ट्रक्चर फायदे को जोड़ता है।

ली₂TiSiO₅, टर्नरी धातु ऑक्साइड में से एक के रूप में (Li₂O-TiO₂-SiO₂), एक दो-इलेक्ट्रॉन प्रदर्शित करता है (Ti⁴⁺/ती²⁺रेडॉक्स) TiO और Li के बीच रूपांतरण प्रतिक्रिया₄SiO₄जब एलआईबी के लिए एनोड सामग्री के रूप में उपयोग किया जा रहा हो।

परिणामस्वरूप, 308 mA h g की उच्च सैद्धांतिक क्षमता प्राप्त हुई^â1प्राप्त किया जा सकता है.⁴⁶इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि ली₂TiSiO₅लगभग 0.28 V बनाम Li/Li पर एक उचित और सुरक्षित कार्य क्षमता भी दर्शाता है⁺जो न केवल लिथियम डेन्ड्राइट के निर्माण से बच सकता है बल्कि उच्च ऊर्जा घनत्व भी सुनिश्चित कर सकता है।

हालाँकि, इसकी कम आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक और ली है⁺थोक रूप की चालकता ने इसकी क्षमता, साइकिल चालन और दर प्रदर्शन को निराश कर दिया है।इसलिए, मेसोपोरस ली का निर्माण करना अत्यधिक वांछित लेकिन चुनौतीपूर्ण है₂TiSiO₅उच्च दर क्षमता और अच्छी साइकिलिंग स्थिरता के साथ एकल क्रिस्टल इलेक्ट्रोड।

अत्यधिक क्रिस्टलीय और/या एकल-क्रिस्टल मेसोपोरस धातु ऑक्साइड के निर्माण के लिए सॉफ्ट-टेम्पलेटिंग विधि सबसे लोकप्रिय संश्लेषण मार्ग है।सॉफ्ट-टेम्प्लेटिंग विधि अपनी सादगी, नियंत्रणीयता और बड़े पैमाने पर उत्पादन के कारण मेसोपोरस सामग्रियों के संश्लेषण के लिए सबसे सरल और व्यवहार्य दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करती है।इस मार्ग के माध्यम से अत्यधिक क्रिस्टलीय मेसोपोरस धातु ऑक्साइड के निर्माण के लिए कई प्रयास किए गए हैं।

हालाँकि, प्राप्त रचनाएँ आमतौर पर कई एकल घटकों तक सीमित होती हैं।इसके अलावा, परिणामी सामग्रियां आम तौर पर प्रचुर मात्रा में पॉलीक्रिस्टलाइन होती हैंअनाज सीमाएंऔर दोष, जो अनिवार्य रूप से कुछ अनुप्रयोग परिदृश्यों में नकारात्मक प्रभाव पैदा करते हैं।हाल ही में, बहु-घटक धातु ऑक्साइड ने विभिन्न क्षेत्रों में बहुत रुचि आकर्षित की है।हालाँकि, आज तक, तीन से अधिक घटकों वाले एकल-क्रिस्टल और स्टोइकोमेट्रिक मेसोपोरस धातु ऑक्साइड के संश्लेषण के बारे में कोई रिपोर्ट नहीं है।

इस चुनौती के जवाब में, हाल ही में, पहली बार, फुडन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर वेई ली के नेतृत्व वाली टीम ने एकल-क्रिस्टल-जैसे मेसोपोरस ली के नरम मिसेल-निर्देशित संश्लेषण की सूचना दी।₂TiSiO₅चरण-क्रिस्टलीकरण रणनीति के माध्यम से।विशिष्ट होने के लिए, स्टोइकोमेट्रिक केलेट अग्रदूत (Ti⁴⁺/ली⁺-सिट्रेट केलेट) को सबसे पहले प्रयोगशाला-निर्मित अग्रदूत के रूप में विकसित किया गया है।

जहां प्रचुर मात्रा में कार्बोक्सिल औरहाइड्रॉक्सिल समूहसाइट्रेट में न केवल Ti को अच्छी तरह से समन्वयित किया जा सकता है⁴⁺और ली⁺आयन और संवेदनशील टाइटेनियम और लिथियम अग्रदूतों के हाइड्रोलिसिस को रोकते हैं, लेकिन चरण पृथक्करण के बिना आदेशित मेसोस्ट्रक्चर में सफल बहु-घटक सह-संयोजन को भी सक्षम करते हैं।इसके बाद, इंटरपेनेट्रेटिंग कार्बन और SiO₂मैट्रिक्स पायरोलिसिस के माध्यम से बनते हैं, जो फ्रेमवर्क के क्रिस्टलीकरण को सीमित करने और मेसोस्ट्रक्चर को ढहने से बचाने के लिए कठोर नेटवर्क के रूप में काम करता है।

दिलचस्प बात यह है कि अनाकार SiO₂अनिसोट्रोपिक ली के साथ इन-सीटू प्रतिक्रिया कर सकता है₂TiO₃आइसोट्रॉपी ली बनाने के लिए₂TiSiO₅एक उन्मुख लगाव क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के माध्यम से एकल क्रिस्टल।इस बीच, मेसोपोर सतह पर एक अति पतली कार्बन परत (~2 एनएम) लेपित हो गई थी।प्राप्त एकल-क्रिस्टल-जैसा मेसोपोरस ली2_TiSiO5_{एक विशिष्ट सतह क्षेत्र (~25 मीटर) दर्शाता है}2^जीâ1^{), समान छिद्र आकार (~4.0 एनएम), और एकल-क्रिस्टल ढांचे।}गौरतलब है किएकल-क्रिस्टल

-मेसोपोरस ली की तरह2TiSiO₅एक सुरक्षित कार्य क्षमता (¼0.28 V बनाम Li/Li) प्रदर्शित करता है₊), अधिकतम लिथियम भंडारण 393 एमएएच जी^â10.02 ए जी पर^â1, बेहतर दर क्षमता (148 एमएएच जी^â15.0 ए जी पर^â1), और उत्कृष्ट दीर्घकालिक साइकिलिंग प्रदर्शन (138 एमएएच ग्राम)।^â12.0 ए जी पर^â13000 चक्रों के बाद) तेज ली के कारण⁺मेसोचैनल्स के कारण होने वाला प्रसार, जो नैनो आकार के क्रिस्टल ढांचे और छोटी प्रसार लंबाई (5-10 एनएम) के अनुरूप है।^{निष्कर्ष हैं}प्रकाशित

जर्नल मेंराष्ट्रीय विज्ञान समीक्षा.अधिक जानकारी:यान्हुआ वान एट अल, उच्च प्रदर्शन लिथियम भंडारण के लिए एकल-क्रिस्टल-जैसे मेसोपोरस स्टोइकोमेट्रिक ऑक्साइड की मिसेल-निर्देशित स्व-संयोजन,

राष्ट्रीय विज्ञान समीक्षा(2024)।डीओआई: 10.1093/एनएसआर/एनडब्ल्यूएई054उद्धरण: