한 팀이 전기촉매를 액체-고체 및 기체-고체 인터페이스로 제한하는 패러다임을 초월하여 리튬 이온 배터리(LIB)의 고체 전기촉매를 위한 새로운 전략을 개발했습니다.그들의 연구는출판됨에서미국 화학 학회지.

LIB에서는양극재실리콘, 인과 같은 Li 이온을 저장하기 위해 합금 반응을 사용하는 양극은 기존 흑연 양극에 비해 비용량이 높기 때문에 널리 사용됩니다.그러나 이러한 양극 재료의 느린 리튬화 반응 속도는 LIB의 고속 충전 성능을 제한합니다.

더욱이, 양극 재료의 Li 합금 반응 중에 반응물과 생성물은 고체 상태이므로 기존 전기촉매에 일반적으로 필요한 2상 계면이 부족합니다.따라서 고체 반응에서 전기촉매를 연구하는 것이 시급합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 고체 전극 재료에서 리튬 합금 반응을 가속화하기 위해 헤테로원자 도핑, 특히 실리콘에는 붕소, 인에는 황을 사용했습니다.이론적 계산과 XAS(X선 흡수 분광법)를 통해 임계 헤테로원자 도핑 농도(1~5원자%)가 높은활성 사이트양극 재료의 합금 반응을 위해 고유한 화학 결합 파괴를 촉진합니다.도핑된 부위에서의 이러한 결합 절단으로 인해 양극 재료가 지속적으로 더 작은 단위 셀로 분할되어 더 많은 반응성 부위가 생성되고 반응 역학이 향상됩니다.

연구팀은 이 전략을 성공적으로 적용하여 황이 도핑된 흑린(S/bP) 양극과 리튬 코발트 산화물(LCO) 음극으로 구성된 초고속 충전 배터리를 만들었습니다.배터리는 9분 만에 80%를 충전하는 인상적인 성능을 선보였다.에너지 밀도302Wh kg 중^-1, 이전에 보고된 LIB를 능가합니다.또한 이 초고속 충전 성능은 300사이클 이상 안정적으로 유지되었습니다.

이 연구는 고체 반응에서 전기촉매를 가능하게 하며, 이는 고에너지 및 고속 충전 배터리 기술을 향한 중요한 단계를 의미하며 산업 응용에 대한 큰 잠재력을 보여줍니다.이번 연구는 중국 과학기술대학교(USTC)의 Ji Hengxing 교수와 Wu Xiaojun 교수가 주도했으며, 캘리포니아대학교 로스앤젤레스 캠퍼스의 Duan Xiangfeng 교수팀과 공동으로 진행했습니다.