De acordo com pt.wedoany.com-A equipe de pesquisa de Wu Jianfei do Instituto de Bioenergia e Processos Biotecnológicos de Qingdao da Academia Chinesa de Ciências propôs e verificou sistematicamente o conceito de design de rede condutiva cooperativa elétron-íon, fornecendo um novo paradigma de design de materiais para superar o gargalo de carregamento ultrarrápido de baterias totalmente sólidas.
As baterias totalmente sólidas de sulfeto, com sua alta densidade energética e excelente segurança, são consideradas uma importante direção de desenvolvimento para a próxima geração de baterias de tração, sendo também um ponto estratégico de competição global em tecnologias de energia renovável. Durante o processo de carga e descarga em alta taxa, problemas como transporte lento de elétrons no ânodo, difusão limitada de íons de lítio, degradação contínua da interface sólido-sólido e crescimento de dendritos se inter-relacionam, restringindo severamente o desempenho de taxa e a vida útil cíclica das baterias totalmente sólidas, tornando-se um gargalo científico chave nesta área.
Para enfrentar este desafio, a equipe de pesquisa do Instituto de Energia de Qingdao propôs uma estratégia de design de rede condutiva cooperativa elétron-íon (EICN) e desenvolveu um novo ânodo de liga quaternária Li–Al–Si–Zn (ASZ@Li). Este ânodo de liga é composto por múltiplas fases de lítio-alumínio, lítio-zinco e lítio-silício. A fase de lítio-alumínio constrói caminhos contínuos de transporte de elétrons; a fase de lítio-zinco exibe forte litiofilicidade, atuando como canais rápidos e uniformes de transporte de íons de lítio; a região rica em silício é responsável por armazenar reversivelmente o lítio e amortecer as mudanças de volume. A sinergia entre as três fases alcança a unificação da condutividade eletrônica, transporte iônico e estabilidade estrutural. Além disso, este ânodo de liga apresenta excelente estabilidade química e eletroquímica em relação ao eletrólito de sulfeto, eliminando a necessidade de construir camadas protetoras artificiais de interface de eletrólito sólido, simplificando o design de interface e o processo de fabricação das baterias totalmente sólidas.
Graças ao design estrutural EICN, ao emparelhar o ânodo de liga ASZ@Li com um cátodo de alto teor de níquel Ni90, a bateria totalmente sólida demonstra alto desempenho de taxa a 55°C, completando uma carga e descarga completa em apenas 72 segundos, mantendo alta capacidade após milhares de ciclos, mostrando potencial para aplicação prática.
Através de estudos adicionais, a equipe de pesquisa elucidou o mecanismo de trabalho profundo da rede condutiva cooperativa elétron-íon. A pesquisa descobriu que a introdução de alumínio melhora efetivamente a condutividade eletrônica do material, enquanto o zinco aumenta a litiofilicidade do material e reduz a barreira de migração de íons de lítio, ambos trabalhando juntos para alcançar o transporte rápido e cooperativo de elétrons e íons de lítio.
O pesquisador Wu Jianfei do Instituto de Energia de Qingdao explicou que este design reduz fundamentalmente a impedância de interface, inibe a decomposição do eletrólito de sulfeto e mantém uma estrutura de interface estável, melhorando a estabilidade cíclica das baterias totalmente sólidas sob condições de alta taxa.
