سلفائیڈ پر مبنی آل سالڈ سٹیٹ لتیم بیٹری کے لیے اینوڈ

سلفائیڈ پر مبنی آل سالڈ سٹیٹ لتیم بیٹریوں کے لیے انوڈ پر حالیہ پیشرفت

-- حصہ 1لتیم دھاتی انوڈ

مصنف:

JIA Linan، DU Yibo، GUO Bangjun، ZHANG Xi

1. سکول آف مکینیکل انجینئرنگ، شنگھائی جیاؤ ٹونگ یونیورسٹی، شنگھائی 200241، چین

2. شنگھائی ییلی نیو انرجی ٹیکنالوجی کمپنی، لمیٹڈ۔ شنگھائی 201306، چین

خلاصہ

آل سالڈ سٹیٹ لیتھیم بیٹریاں (ASSLBs) موجودہ مائع لتیم بیٹریوں سے زیادہ توانائی کی کثافت اور زیادہ حفاظت کی نمائش کرتی ہیں، جو اگلی نسل کے توانائی ذخیرہ کرنے والے آلات کے لیے اہم تحقیقی سمت ہیں۔ دیگر سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹس کے مقابلے میں، سلفائیڈ سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹس (SSEs) میں انتہائی اعلیٰ آئنک چالکتا، کم سختی، آسان پروسیسنگ، اور اچھے انٹرفیشل رابطے کی خصوصیات ہوتی ہیں، جو کہ تمام ٹھوس کو حاصل کرنے کے لیے سب سے امید افزا راستوں میں سے ایک ہیں۔ - ریاستی بیٹریاں۔ تاہم، انوڈس اور ایس ایس ای کے درمیان کچھ انٹرفیشل مسائل ہیں جو ان کی ایپلی کیشنز کو محدود کرتے ہیں جیسے کہ انٹرفیشل سائیڈ ری ایکشن، ناقص سخت رابطہ، اور لیتھیم ڈینڈرائٹ۔ یہ مطالعہ سلفائیڈ پر مبنی ASSLBs کے لیے استعمال ہونے والے انوڈ مواد میں موجودہ پیشرفت کا خاکہ پیش کرتا ہے، ترقی کی کیفیت، ایپلیکیشن کے فوائد، انٹرفیس کے مسائل اور مرکزی دھارے کے حل کی حکمت عملیوں کا خلاصہ پیش کرتا ہے جن میں لتیم دھات، لتیم مرکب، سلفائیڈ پر مبنی ASSLBs کے لیے سلکان انوڈ شامل ہیں۔ اور اینوڈ مواد کی اگلی ترقی اور انٹرفیشل مسائل کے حل کے لیے رہنما تجاویز فراہم کرتا ہے۔

مطلوبہ الفاظ: تمام ٹھوس ریاست لتیم بیٹریاں؛ سلفائڈ الیکٹرولائٹ؛ لتیم انوڈ مرکب انوڈ؛ انوڈ/الیکٹرولائٹ انٹرفیس

تعارف

لتیم آئن بیٹریاں ان کے اعلی وولٹیج اور اعلی توانائی کی کثافت کی وجہ سے مختلف پورٹیبل آلات میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہیں۔ وہ گاڑیوں کی بجلی بنانے اور کم کاربن والے معاشرے میں توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کی تعیناتی کے لیے ایک اہم صنعتی مصنوعات ہیں۔ تاہم، مائع لتیم آئن بیٹریاں گریفائٹ منفی الیکٹروڈ، نامیاتی مائع الیکٹرولائٹس، اور دھاتی لتیم آکسائیڈ مثبت الیکٹروڈ (جیسے LiCoO2) کا استعمال کرتی ہیں۔ ایک طرف، جمع شدہ بیٹریوں کی مخصوص توانائی 200~250 W·kg-1 کی حد تک محدود ہے، جس سے مخصوص توانائی میں مزید کامیابیاں حاصل کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ دوسری طرف، نامیاتی الیکٹرولائٹس میں خراب تھرمل استحکام اور آتش گیریت جیسے نقصانات ہیں۔ مزید برآں، بیٹری سائیکل کے دوران پیدا ہونے والے لیتھیم ڈینڈرائٹس بھی بیٹری کے شارٹ سرکٹ یا یہاں تک کہ دھماکے کے بڑے خطرات لاتے ہیں۔ مسائل کے اس سلسلے نے بہت سے محققین کو لیتھیم آئن بیٹریوں کی حفاظت پر توجہ دینے اور اس کے بارے میں سوچنے پر مجبور کیا ہے۔ آتش گیر نامیاتی مائع الیکٹرولائٹس کو ٹھوس الیکٹرولائٹس سے تبدیل کرنا بنیادی طور پر تھرمل بھاگنے سے روک سکتا ہے اور مائع لیتھیم آئن بیٹریوں میں استعمال ہونے والے آتش گیر مائع الیکٹرولائٹس کی وجہ سے پیدا ہونے والے حفاظتی خطرات کو حل کر سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، ٹھوس الیکٹرولائٹس کی اعلی مکینیکل خصوصیات کو بھی لتیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما کو روکنے میں پیش رفت میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔

فی الحال، مرکزی دھارے کی سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹس میں چار قسمیں شامل ہیں: سلفائیڈ سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹ، آکسائیڈ سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹ، پولیمر سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹ اور ہالائیڈ سولڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹ۔ ان میں سے، آکسائڈ الیکٹرولائٹس میں اچھی استحکام اور اعتدال پسند آئنک چالکتا کے فوائد ہیں، لیکن ان کا انٹرفیس کا رابطہ خراب ہے۔ پولیمر الیکٹرولائٹس لیتھیم دھات کے لیے اچھی استحکام رکھتی ہیں اور نسبتاً پختہ پروسیسنگ ٹیکنالوجی رکھتی ہیں، لیکن تھرمل استحکام، تنگ الیکٹرو کیمیکل کھڑکیاں، اور کم آئنک چالکتا اطلاق کے دائرہ کار کو محدود کرتی ہے۔ الیکٹرولائٹ کی ایک نئی قسم کے طور پر، halide الیکٹرولائٹس کو ان کی اعلی آئنک چالکتا کی وجہ سے بڑے پیمانے پر توجہ ملی ہے۔ تاہم، ہیلائیڈ الیکٹرولائٹس میں ہائی ویلینس دھاتی عناصر اس بات کا تعین کرتے ہیں کہ وہ ایک مستحکم اینوڈ انٹرفیس بنانے کے لیے لیتھیم دھات سے براہ راست رابطہ نہیں کر سکتے۔ ہالائیڈ الیکٹرولائٹس پر تحقیق کے لیے مزید تحقیق کی ضرورت ہے۔ سلفائیڈ الیکٹرولائٹس کو ان کی اعلی آئنک چالکتا، کم سختی، آسان پروسیسنگ، اچھی فارمیبلٹی، اور اچھے انٹرفیس رابطے کی وجہ سے آل سالڈ اسٹیٹ لیتھیم بیٹریز (ASSLBs) الیکٹرولائٹس کو حاصل کرنے کے لیے سب سے زیادہ امید افزا راستوں میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔

حالیہ برسوں میں، سلفائیڈ الیکٹرولائٹس پر متعلقہ تحقیق کو مزید ترقی دی گئی ہے، اور اس کی آئنک چالکتا مائع نامیاتی الیکٹرولائٹس کے مقابلے کی سطح تک پہنچ گئی ہے۔ عام سلفائیڈ الیکٹرولائٹس میں شیشے دار Li-PS سلفائیڈ (LPS) اور مشتق گلاس سیرامکس، سلور سلفائیڈ جرمینیم ایسک (Li6PS5X, X=Cl, Br, I) اور لیتھیم سلفائیڈ آئن سپر کنڈکٹرز (تھیو-لیتھیم سپریونک کنڈکٹر، تھیو) شامل ہیں۔ -LISICONs، Li10GeP2S12 (LGPS) اور اسی طرح کے مرکبات۔

ان مختلف سلفائیڈ مواد میں سے، LGPS قسم کے الیکٹرولائٹس اب تک کی بہترین آئنک چالکتا دکھاتے ہیں۔ 2016 میں، Kato et al. نے سپرلیتھیم آئن کنڈکٹر Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3 (LSPSCl) کی اطلاع دی، جس کی آئنک چالکتا کمرے کے درجہ حرارت پر 25×10-2 S·cm-1 تک زیادہ ہے۔ LGPS میں کمرے کے درجہ حرارت پر 1.2×10-2 S·cm-1 کی الٹرا ہائی آئن چالکتا بھی ہے۔ (001) سمت میں سنگل کرسٹل LGPS کی کمزور انیسوٹروپک آئن چالکتا یہاں تک کہ 27×10-2 S·cm-1 تک پہنچ جاتی ہے۔ گلاس سیرامکس (Li7P3S11) اور سلفائیڈ-جرمنائٹ (Li6PS5Cl) 10-3 S·cm-1 کی اعلی آئنک چالکتا حاصل کر سکتے ہیں۔ سلفائیڈ الیکٹرولائٹس کو ہائی نکل لیئرڈ کیتھوڈس اور ہائی انرجی اینوڈس (جیسے سی یا میٹالک لیتھیم) کے ساتھ ملانے والی آل سالڈ سٹیٹ بیٹریاں 500 kW·h·kg-1 کی انتہائی اعلیٰ مخصوص توانائی کو بھی ظاہر کر سکتی ہیں۔ تاہم، تمام سالڈ سٹیٹ لیتھیم بیٹریوں میں سلفائیڈ الیکٹرولائٹس کے استعمال میں اب بھی مسائل ہیں جیسے تنگ الیکٹرو کیمیکل ونڈو، خراب الیکٹروڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس استحکام، خراب ہوا کا استحکام، بڑے پیمانے پر مینوفیکچرنگ کے طریقوں کی کمی، اور زیادہ قیمت۔ تنگ الیکٹرو کیمیکل ونڈو اس بات کا تعین کرتی ہے کہ الیکٹرولائٹ کی کمی کا رد عمل اس وقت پیش آئے گا جب فعال سلفائیڈ الیکٹرولائٹ زیادہ تر منفی الیکٹروڈز کے ساتھ رابطے میں آئے گا، جس کے نتیجے میں انٹرفیس عدم استحکام پیدا ہوتا ہے، جو کہ تمام ٹھوس ریاست لیتھیم بیٹریوں کی نشوونما کو محدود کرنے والی ایک اہم رکاوٹ ہے۔ یہ مضمون بنیادی طور پر سلفائیڈ الیکٹرولائٹس پر مبنی آل سالڈ سٹیٹ لیتھیم بیٹریوں کے لیے مین اسٹریم اینوڈ مواد کی ترقی کی حالت کا خلاصہ کرتا ہے، اور سلفائیڈ ٹھوس الیکٹرولائٹس اور انوڈ مواد کے درمیان انٹرفیس کے مسائل اور حل کی حکمت عملیوں کا مزید خلاصہ کرتا ہے۔ سلفائیڈ الیکٹرولائٹس پر مبنی آل سالڈ سٹیٹ لیتھیم بیٹریوں کی ترقی اور تجارتی اطلاق کے لیے رہنما تجاویز فراہم کریں۔

1 لیتھیم میٹل اینوڈ

دھاتی لتیم اعلی توانائی کی کثافت لیتھیم بیٹریوں کی اگلی نسل کو محسوس کرنے کے لیے ایک اہم امیدوار مواد ہے جو اس کی اعلی نظریاتی صلاحیت (3860 mAh·g-1) اور انتہائی کم الیکٹروڈ صلاحیت (-3.040) کی وجہ سے ہے۔ V بمقابلہ SHE)۔ لیتھیم اینوڈز روایتی گریفائٹ انوڈس سے 10 گنا زیادہ بیٹری کی توانائی کی کثافت فراہم کرتے ہیں۔ تاہم، دھاتی لتیم کی انتہائی کم الیکٹرو کیمیکل صلاحیت اس کی انتہائی اعلی کیمیائی رد عمل اور الیکٹرو کیمیکل سرگرمی کا تعین کرتی ہے۔ لہذا، کسی بھی الیکٹرولائٹ کے ساتھ رابطہ آسانی سے الیکٹرولائٹ میں کمی کے رد عمل کا باعث بن سکتا ہے۔ دھاتی لتیم کی حجم کی توسیع کی شرح بڑی ہے، انٹرفیس کی رکاوٹ بڑھ جاتی ہے، لتیم ڈینڈرائٹس بنتے ہیں، اور آخر میں ایک شارٹ سرکٹ ہوتا ہے۔ چونکہ آل سالڈ سٹیٹ لیتھیم بیٹریاں خراب سائیکل استحکام، انٹرفیس کی ناکامی، اور آپریشن کے دوران کم عمر جیسے مسائل کی نمائش کرتی ہیں، اس لیے دھاتی لیتھیم انوڈس اور ٹھوس الیکٹرولائٹس کے درمیان انٹرفیس کے مسائل کو تلاش کرنا اب بھی بہت اہم ہے۔ عام طور پر، زیادہ تر سلفائیڈ ٹھوس الیکٹرولائٹس دھاتی لتیم کی طرف تھرموڈینامک اور متحرک عدم استحکام کو ظاہر کرتی ہیں۔ ایک ہی وقت میں، ٹھوس الیکٹرولائٹ کے اندر اناج کی حدود اور نقائص لتیم ڈینڈرائٹس کی تشکیل کو آمادہ کریں گے، جو لتیم ڈینڈرائٹ کی نمو اور بیٹری شارٹ سرکٹ کے مسائل کو حل نہیں کرسکتے ہیں۔ . یہ بات قابل غور ہے کہ اعلی موجودہ کثافت پر، لیتھیم/سلفائیڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس کی ناکامی کا مسئلہ خاص طور پر اہم ہے، جو کہ تمام ٹھوس ریاست لیتھیم بیٹریوں کی توانائی کی کثافت میں بہتری کو بہت حد تک محدود کرتا ہے۔

1.1 لتیم/سلفائیڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس کیمیائی استحکام

جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے، وینزیل ایٹ ال۔ لیتھیم/ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس کی اقسام کو تھرموڈینامک نقطہ نظر سے تھرموڈینامک طور پر مستحکم انٹرفیس اور تھرموڈینامک طور پر غیر مستحکم انٹرفیس میں درجہ بندی کیا۔

تصویر 1 لیتھیم میٹل اور سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹ کے درمیان انٹرفیس کی اقسام

(1) تھرموڈینامک طور پر مستحکم انٹرفیس: جیسا کہ شکل 1(a) میں دکھایا گیا ہے، رابطے کے دو مراحل تھرموڈینامک توازن کی حالت میں ہیں۔ دھاتی لیتھیم الیکٹرولائٹ کے ساتھ بالکل بھی رد عمل ظاہر نہیں کرتا، ایک تیز دو جہتی طیارہ، جیسے LiF، Li3N اور دیگر لتیم بائنری مرکبات بناتا ہے۔

(2) تھرموڈینامیکل طور پر غیر مستحکم انٹرفیس: رابطہ کرنے والے الیکٹرولائٹ اور الیکٹروڈ کے درمیان تھرموڈینامیکل طور پر چلنے والے کیمیائی رد عمل کی وجہ سے، ایک تین جہتی انٹرفیس کی تہہ بن سکتی ہے۔ اس بات پر منحصر ہے کہ آیا رد عمل کی مصنوعات کے ذریعے بننے والی انٹرفیس پرت میں کافی الیکٹرانک اور آئنک چالکتا ہے، اسے درج ذیل دو انٹرفیس میں مزید ممتاز کیا جا سکتا ہے۔

①مکسڈ کنڈکٹیو انٹرفیس پرت: جب پروڈکٹ میں کافی الیکٹرانک اور آئنک چالکتا ہو، تو انٹرفیس پرت مستحکم طور پر ٹھوس الیکٹرولائٹ میں بڑھ سکتی ہے۔ اس ہائبرڈ کنڈکٹیو انٹرلیئر کی تشکیل بالآخر الیکٹرولائٹ کے ذریعے الیکٹران کی نقل و حمل کی اجازت دے گی، جس کے نتیجے میں بیٹری خود سے خارج ہوتی ہے [شکل 1(b)]۔ سلفائیڈ ٹھوس الیکٹرولائٹس کی انٹرفیشل عدم استحکام انٹرفیشل سائیڈ ری ایکشن کی نسل کا باعث بنتی ہے، جو بیٹری کی صلاحیت میں تیزی سے کمی یا ناکامی کا سبب بن سکتی ہے۔ وینزیل وغیرہ۔ وقتی حل شدہ الیکٹرو کیمیکل پیمائش کے ساتھ مل کر سیٹو ایکس رے فوٹو الیکٹران سپیکٹروسکوپی (XPS) میں استعمال کیا جاتا ہے۔ LGPS اور دھاتی لیتھیم کے درمیان انٹرفیس پر کیمیائی رد عمل کے بارے میں تفصیلی معلومات فراہم کی گئی ہیں، اور اس بات کی تصدیق کی گئی ہے کہ LGPS کے گلنے سے Li3P، Li2S، اور Li-Ge مرکبات پر مشتمل ایک ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس مرحلے کی تشکیل ہوتی ہے۔ ان میں سے، Li3P اور Li2S آئنک کنڈکٹر ہیں، اور Li-Ge الائے ایک الیکٹرانک موصل ہے۔ مخلوط کنڈکٹیو انٹرفیس کی تہہ ایل جی پی ایس کو گلنا جاری رکھے گی، اور منفی الیکٹروڈ انٹرفیس کی رکاوٹ میں اضافہ ہوتا رہے گا، جو بالآخر بیٹری کی خرابی کا باعث بنے گا۔

② میٹاسٹیبل ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس پرت: اگر رد عمل کی مصنوعات غیر کنڈکٹیو ہے یا صرف کم الیکٹرانک چالکتا ہے، تو انٹرفیس کی تہہ ایک بہت ہی پتلی فلم میں بڑھنے تک محدود ہوسکتی ہے، اور ایک مستحکم سالڈ اسٹیٹ الیکٹرولائٹ انٹرفیس، SEI، بن سکتا ہے۔ . جیسا کہ شکل 1(c) میں دکھایا گیا ہے، اس بیٹری کی کارکردگی کا انحصار SEI کی آئن ترسیل کی خصوصیات پر ہوگا۔ سلفائیڈ-جرمنائٹ قسم کا الیکٹرولائٹ نسبتاً مستحکم ہے، اور اس کی سڑنے والی مصنوعات Li2S، Li3P اور LiX (X=Cl، Br اور I) میں کافی کم الیکٹرانک چالکتا ہے تاکہ الیکٹرولائٹ کے مسلسل سڑنے سے بچ سکے اور آسانی سے ایک مستحکم SEI تشکیل دے سکے۔ . ایک ہی وقت میں، Li3P میں اعلی آئنک چالکتا ہے، جو سالڈ سٹیٹ بیٹریوں میں لیتھیم آئنوں کی موثر ترسیل کو یقینی بناتا ہے۔

1.2 لیتھیم دھات کی مکینیکل خصوصیات پر تحقیق

منفی الیکٹروڈ اور ٹھوس الیکٹرولائٹ کے درمیان موجودہ ٹھوس-ٹھوس انٹرفیس رابطہ ایک محدود نقطہ رابطہ ہے، جو آسانی سے انٹرفیس کی مزاحمت میں اضافہ کا باعث بنتا ہے۔ تاہم، دھاتی لتیم کی مکینیکل خصوصیات، خاص طور پر دھاتی لتیم کا رینگنا، انٹرفیس کے رابطے کے اثر کو مزید متاثر کرے گا، جس کے نتیجے میں انٹرفیس ویوائڈز کی تشکیل ہوتی ہے اور اعلی کرنٹ کثافت پر منفی الیکٹروڈ ڈیلامینیشن بھی ہوتا ہے۔ لہذا، دھاتی لتیم کی مکینیکل خصوصیات کا مطالعہ کرنا، خاص طور پر دھاتی لتیم کے کریپ رویے، تمام ٹھوس ریاست بیٹریوں کے سائیکل استحکام کے لیے اہم ہے۔

تیان وغیرہ۔ رابطہ میکانکس کی تحقیق کی اور باؤنڈری حالات کو حاصل کرنے کے لیے متعلقہ نظریاتی ماڈل قائم کیے جو لیتھیم میٹل اینوڈ پر لچکدار، پلاسٹک اور چپکنے والے رابطوں کے تناؤ کی تقسیم کے فنکشن کو متاثر کرتے ہیں۔ دھاتی لتیم سلفائیڈ ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس کے رابطے کے علاقے کی پیشین گوئی کریں اور انٹرفیس میں آئن کے پھیلاؤ اور رابطے کے علاقے کے نقصان کی وجہ سے صلاحیت کے نقصان کا حساب لگائیں۔ تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ کم کٹ آف وولٹیج (3.8 V) پر، بیٹری کی صلاحیت میں کمی اور رابطہ کے علاقے کے نقصان کے درمیان تعلق تقریباً لکیری ہے، جس کی ڈھلوان 1 ہے۔ جب کہ زیادہ کٹ آف وولٹیج پر (4۔{{) 6} V)، ڈھلوان 1 سے کم ہے، اور اخراج کی بڑھتی ہوئی شرح کے ساتھ صلاحیت میں کمی کی شرح کم ہو جاتی ہے۔ فنچر وغیرہ۔ تجارتی لتیم فوائل کے مکینیکل اثرات کو جانچنے کے لیے تناؤ کے تجربات کا استعمال کیا اور پتہ چلا کہ دھاتی لتیم کی پیداواری طاقت 5×10-4~5×{{ کی سٹرین ریٹ پر 0.57 سے 1.26 MPa تک ہے۔ 15} s-1۔ 0 کے ہدف کے ساتھ انڈینٹیشن ٹیسٹ کے لیے۔{21}}5 s–1، سختی تقریباً 43 سے تیزی سے کم ہو گئی 37} nm سے 10 µm۔ نینو انڈینٹیشن ٹیسٹوں سے ماپا جانے والی پلاسٹک کی خصوصیات نے بالترتیب 6.55 اور 6.90 کے تناؤ کی شرح کے ساتھ مضبوط تناؤ کی شرح پر انحصار ظاہر کیا۔ محدود عنصر کا تجزیہ بیٹری ایپلی کیشنز میں انڈینٹیشن گہرائی کو متعلقہ لمبائی کے پیمانے سے منسلک کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ لتیم انوڈس کی ساخت کو بہتر بنانے اور چارج اور خارج ہونے والے مادہ کے استحکام کو یقینی بنانے کے لیے اہم رہنمائی فراہم کر سکتا ہے، تاکہ الیکٹرو کیمیکل سائیکل کے دوران لیتھیم کے غیر مساوی جمع ہونے کو کم کیا جا سکے۔ Masias et al. کمرے کے درجہ حرارت پر پولی کرسٹل لائن لتیم کی لچکدار، پلاسٹک اور وقت پر منحصر مکینیکل خصوصیات کو منظم طریقے سے ماپا گیا۔ اس کے ینگ ماڈیولس، شیئر ماڈیولس اور پوسن کا تناسب بالترتیب 7.82 GPa، 2.83 GPa اور 0.38 طے کیا گیا تھا، اور پیداوار کی طاقت 0.73 اور 0.81 GPa کے درمیان تھی۔ 6.56 کے اسٹریس انڈیکس کے ساتھ، طاقت کے قانون میں تناؤ کا غلبہ ہے۔ کمپریشن ٹیسٹنگ بیٹری سے متعلقہ تناؤ کی حد (0.8 ~ 2.4 MPa) کے اندر انجام دی گئی تھی، اور اہم بینڈنگ اور وقت کے ساتھ تناؤ کی شرح میں کمی دیکھی گئی۔ نارائن وغیرہ۔ بڑے اخترتی تھیوری پر مبنی آل سالڈ سٹیٹ بیٹری لتیم انوڈ کے لیے ایک رسپانس ماڈل قائم کیا، جس نے لتیم کے لچکدار وسکوپلاسٹک رد عمل میں لتیم انوڈ اور سلفائیڈ ٹھوس الیکٹرولائٹ کے درمیان تعامل کی تقلید کی۔ یہ ظاہر کرتا ہے کہ تناؤ کا رد عمل لتیم انوڈ کے حجم کی خرابی سے متعلق ہے، جو سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کی ناکامی کی بنیادی وجہ ہے۔ بیچ ٹینسائل اور نینو انڈینٹیشن ٹیسٹوں کے ذریعے، لیتھیم دھات رینگنے کے دوران واضح تناؤ کی شرح پر انحصار اور سائز کی کمی کو ظاہر کرتی ہے۔ نے ظاہر کیا کہ لیتھیم انوڈ کی مضبوطی کو بہتر بنانے اور الیکٹرو کیمیکل سائیکلنگ کے دوران غیر مستحکم لتیم کی نشوونما کو کم کرنے کے لیے لیتھیم کے ذخائر کو ایڈجسٹ کرکے اخترتی میکانکس کی ٹھیک ٹیوننگ حاصل کی جا سکتی ہے۔

دھاتی لیتھیم کے مجموعی مکینیکل مطالعہ کے علاوہ، نینو مکینکس کا مطالعہ چھوٹے پیمانے پر کافی اہم اور انتہائی تفصیلی سطح اور مقامی معلومات فراہم کرتا ہے۔ نینو انڈینٹیشن کے تجربات سطح اور مقامی خصوصیات کے لیے عام طور پر استعمال کیے جانے والے تجزیہ کے ٹولز میں سے ایک ہیں۔ ناکارہ گیس میں کئے گئے نینو انڈینٹیشن کے تجربات دھاتی لتیم کے مکینیکل، الیکٹرو کیمیکل، اور مورفولوجیکل کپلنگ طرز عمل کا زیادہ جامع تجزیہ کر سکتے ہیں۔ ہربرٹ وغیرہ۔ نے اعلی پاکیزگی کے بخارات سے بنی لیتھیم فلموں پر نینو انڈینٹیشن تجربات کی ایک سیریز کی اور پلاسٹک کے بہاؤ کی خصوصیات پر ڈیٹا اکٹھا کیا، بشمول لچکدار ماڈیولس، سختی اور پیداوار کی طاقت۔ طوالت کے پیمانے، تناؤ کی شرح، درجہ حرارت، کرسٹاللوگرافک اورینٹیشن اور الیکٹرو کیمیکل سائیکلنگ جیسے اہم متغیرات کے ساتھ مندرجہ بالا اعداد و شمار کے ارتقاء کا مطالعہ کیا گیا، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ لیتھیم کے پلاسٹک کے بہاؤ کا تعلق بنیادی طور پر مسلسل بوجھ یا دباؤ کے تحت مستحکم حالت کے رینگنے سے ہے۔ الیکٹرو کیمیکل چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے دوران لتیم کا رینگنا انٹرفیس پر بکلنگ کا باعث بن سکتا ہے اور اضافی تناؤ پیدا کر سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، لتیم کا ویسکوپلاسٹک رویہ انٹرفیس کے رابطے کے علاقے کو مزید متاثر کرے گا، جس سے آئن ڈفیوژن چینلز کی خرابی اور انٹرفیس میں عدم استحکام پیدا ہوگا۔ تاہم، دھاتی لیتھیم پر موجودہ نینو مکینیکل تحقیق اب بھی اپنے ابتدائی مرحلے میں ہے، اور مزید تحقیق بہت ضروری ہے۔ کچھ نئی ٹیکنالوجیز جیسے نینو کالم کمپریشن اور ان سیٹو ریئل ٹائم مشاہدے کے لیے دھاتی لتیم نینو مکینکس کو بھی میٹالک لیتھیم اینوڈ انٹرفیس کے جوڑے کا تجزیہ کرنے اور انٹرفیس کے بارے میں اعلیٰ مخلصانہ معلومات فراہم کرنے کے لیے تجویز کیا گیا ہے تاکہ مکینیکل کپلنگ اثر کو مزید سمجھ سکیں۔ دھاتی لتیم، اس طرح nanoscale دھاتی لتیم anodes کے ڈیزائن کے لئے امکان فراہم کرتا ہے.

1.3 لتیم ڈینڈرائٹس کا نیوکلیشن اور نمو

لیتھیم ڈینڈرائٹس لتیم آئن بیٹریوں کے استحکام اور حفاظت کو متاثر کرنے والے بنیادی مسائل میں سے ایک ہیں۔ ٹھوس الیکٹرولائٹس کو طویل عرصے سے ان کی اعلی مکینیکل طاقت کی وجہ سے لتیم ڈینڈرائٹ کی نشوونما کا ایک ممکنہ حل سمجھا جاتا ہے۔ تاہم، متعدد تحقیقی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ٹھوس الیکٹرولائٹس میں لیتھیم ڈینڈرائٹس کا مسئلہ اب بھی موجود ہے، اور یہ مائع لتیم بیٹریوں سے بھی زیادہ سنگین ہے۔ سالڈ سٹیٹ بیٹریوں میں، لیتھیم ڈینڈرائٹس کے بڑھنے کی بہت سی وجوہات ہوتی ہیں، جن میں الیکٹرولائٹ اور دھاتی لتیم کے درمیان انٹرفیس پر ناہموار رابطہ، نقائص، اناج کی حدود، الیکٹرولائٹ کے اندر خلاء، خلائی چارجز وغیرہ شامل ہیں۔ Monroe et al. نے دھاتی لتیم انوڈ اور ٹھوس الیکٹرولائٹ پر مبنی لتیم ڈینڈرائٹ نمو ماڈل کی اطلاع دی۔ ماڈل میں الیکٹرولائٹ لچک، کمپریشن فورس، سطحی تناؤ اور اخترتی قوت جیسے عوامل پر غور کیا گیا۔ تخروپن کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ جب الیکٹرولائٹ کا شیئر ماڈیولس لیتھیم کے مساوی ہو جائے گا تو ایک مستحکم انٹرفیس تشکیل پائے گا۔ جب الیکٹرولائٹ کا قینچ ماڈیولس لتیم (4.8 GPa) سے تقریباً دوگنا ہو تو لیتھیم ڈینڈرائٹس کی نسل کو دبایا جا سکتا ہے۔ تاہم، اصل تمام ٹھوس ریاست لیتھیم بیٹری کی تحقیق میں، یہ پایا گیا کہ لتیم ڈینڈرائٹس اب بھی ٹھوس الیکٹرولائٹس میں ہائی شیئر ماڈیولس [جیسے Li7La3Zr2012 (LLZO)، لچکدار ماڈیولس ≈ 100 GPa] کے ساتھ پیدا ہوتے ہیں۔ لہذا، یہ ماڈل صرف مثالی انٹرفیس پر لاگو ہوتا ہے بغیر کسی خوردبینی نقائص اور غیر مساوی تقسیم کے۔ پورز وغیرہ۔ نے پایا کہ الیکٹرولائٹ کا ہائی شیئر ماڈیولس اعلی الٹیمیٹ کرنٹ کثافت کا باعث بنے گا، جو ٹھوس الیکٹرولائٹ کے اناج کی حدود اور خالی جگہوں میں دھاتی لتیم کے نیوکلیشن اور نمو کو دلائے گا۔ ناگاو وغیرہ۔ تمام ٹھوس ریاست لیتھیم بیٹریوں میں منفی الیکٹروڈ انٹرفیس پر لیتھیم جمع کرنے اور تحلیل کرنے کے عمل کا مشاہدہ کرنے کے لیے ان سیٹو اسکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپی کا استعمال کیا جاتا ہے، جس سے مختلف اطلاق شدہ موجودہ کثافتوں کے ساتھ لتیم جمع کرنے کی شکل میں تبدیلیوں کو ظاہر کیا جاتا ہے۔ جب موجودہ کثافت 1 mA·cm-2 سے زیادہ ہو جائے گی، مقامی لتیم جمع ہونے سے بڑی دراڑیں پیدا ہوں گی، جس کے نتیجے میں لتیم کے جمع ہونے اور تحلیل ہونے کی الٹی صلاحیت میں کمی واقع ہو جائے گی، اور لتیم ڈینڈرائٹس بننے تک دراڑیں مزید پھیل جائیں گی۔ دوسری طرف، یکساں اور الٹنے والا لتیم جمع اور تحلیل 0.01 mA·cm-2 کی کم کرنٹ کثافت پر حاصل کیا جا سکتا ہے، جس میں تقریباً کوئی دراڑ نہیں ہے۔ لہذا، صرف الیکٹرولائٹ کے ہائی شیئر ماڈیولس پر توجہ مرکوز کرنے سے لیتھیم ڈینڈرائٹ کی نمو کا مسئلہ حل نہیں ہو سکتا، اور یہ الیکٹرولائٹ کی آئنک چالکتا کو کم کر سکتا ہے اور سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کی توانائی کی کثافت کو متاثر کر سکتا ہے۔

پورز وغیرہ۔ مختلف الیکٹرولائٹس میں لتیم ڈینڈرائٹس کے نیوکلیشن اور نمو کے طریقہ کار کا مطالعہ کیا اور یہ ظاہر کیا کہ لتیم کی رسائی کا آغاز ٹھوس الیکٹرولائٹ کی سطح کی شکل پر منحصر ہے۔ خاص طور پر، نقائص کا سائز اور کثافت، اور نقائص میں لیتھیم کا جمع ہونا ٹپ اسٹریس پیدا کر سکتا ہے جو شگاف کے پھیلاؤ کو بڑھاتا ہے۔ اس کے علاوہ، اناج، اناج کی حدود یا انٹرفیس کے درمیان چالکتا میں فرق بھی لیتھیم ڈینڈرائٹس کی نسل کا باعث بن سکتا ہے۔ یو وغیرہ۔ نظریاتی طور پر ٹھوس الیکٹرولائٹس میں تین کم توانائی کے متوازی طور پر جھکے ہوئے اناج کی حدود کی توانائی، ساخت اور نقل و حمل کی خصوصیات کا مطالعہ کیا۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ اناج کی حدود میں لتیم آئنوں کی نقل و حمل اناج کی نسبت زیادہ مشکل ہے اور درجہ حرارت اور اناج کی حدود کی ساخت کے لیے حساس ہے۔ راج وغیرہ۔ ٹھوس الیکٹرولائٹ/لیتھیم انٹرفیس پر لتیم ڈینڈرائٹس کے نیوکلیشن پر اناج کی حد کی مزاحمت کے اثر کا نظریاتی طور پر مطالعہ کیا۔ انہوں نے تجویز پیش کی کہ اناج کی حدود کی اعلی آئنک مزاحمتی صلاحیت اور انوڈ انٹرفیس کی جسمانی بے ضابطگیوں سے لیتھیم کی مقامی الیکٹرو کیمیکل مکینیکل صلاحیت میں اضافہ ہوگا، اس طرح لتیم ڈینڈرائٹس کی تشکیل کو فروغ ملے گا۔ لہذا، کرسٹل اناج کے مقابلے میں، اعلی آئن مزاحمت کے ساتھ اناج کی حدود لتیم ڈینڈرائٹس کے نیوکلیشن اور ترقی کو دلانے کا زیادہ امکان رکھتے ہیں۔ تمام ٹھوس ریاست بیٹریوں میں لتیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما کا طریقہ کار مزید تحقیق کے ساتھ آہستہ آہستہ واضح ہو گیا ہے۔ تاہم، ابھی بھی لتیم ڈینڈرائٹس کو مکمل طور پر دبانے کے لیے موثر طریقوں کا فقدان ہے، اور متعلقہ تحقیق کو گہرائی سے جاری رکھنے کی ضرورت ہے تاکہ جلد سے جلد تمام ٹھوس حالت کی بیٹریوں میں دھاتی لیتھیم اینوڈس کے اطلاق کو محسوس کیا جا سکے۔

1.4 انٹرفیس مسئلہ حل کرنے کی حکمت عملی

لتیم اینوڈس کے استعمال میں درپیش چیلنجوں کو حل کرنے کے لیے بہت سے طریقے تجویز کیے گئے ہیں، جن میں بیرونی دباؤ کا اطلاق، SEI تہوں کا استعمال، الیکٹرولائٹس کی اصلاح، اور دھاتی لیتھیم میں ترمیم شامل ہیں۔ یہ بیٹری پر لیتھیم کریپ کے اثرات کو کم کرتا ہے، ٹھوس-ٹھوس انٹرفیس کے رابطے کے علاقے کو بڑھاتا ہے، سلفائیڈ ٹھوس الیکٹرولائٹ اور دھاتی لتیم انوڈ کے درمیان انٹرفیس پر ضمنی رد عمل کو روکتا ہے، انوڈ انٹرفیس کی لیتھوفیلیسیٹی کو بہتر بناتا ہے، اور اس سے بچتا ہے۔ لتیم ڈینڈرائٹس کی تشکیل اور نشوونما۔

1.4.1 بیرونی دباؤ کا اطلاق کریں۔

بیرونی دباؤ کو لاگو کرنے سے ٹھوس-ٹھوس انٹرفیس کے رابطے کے علاقے میں اضافہ ہوسکتا ہے، منفی الیکٹروڈ انٹرفیس کو رینگنے سے ہونے والے نقصان کو کم کر سکتا ہے، اور بیٹری کے سائیکل استحکام کو بہتر بنا سکتا ہے۔ Zhang et al. نے اسٹیک پریشر کے تحت ٹھوس الیکٹرولائٹ/لیتھیم اینوڈ انٹرفیس کے ارتقاء کو بیان کرنے کے لیے ایک کثیر پیمانے پر تین جہتی وقت پر منحصر رابطہ ماڈل کی اطلاع دی۔ نظریاتی حسابات سے پتہ چلتا ہے کہ تقریباً 20 GPa کا زیادہ اسٹیک پریشر voids کی تشکیل کو روکتا ہے، جو کہ مسلسل انٹرفیس رابطے کو یقینی بنانے کا ایک امید افزا طریقہ ہے، ممکنہ طور پر مستحکم بیٹری کی کارکردگی کو حاصل کرتا ہے۔ زیادہ اسٹیک پریشر بیٹری کی کارکردگی کے لیے زیادہ فائدہ مند نہیں ہے۔ لوئر اسٹیک پریشر بنیادی طور پر ٹھوس-ٹھوس انٹرفیس پر رابطے کے مسئلے کو حل نہیں کر سکتا۔ ضرورت سے زیادہ اسٹیک پریشر آسانی سے لیتھیم ڈینڈرائٹس بنا سکتا ہے اور بیٹری میں شارٹ سرکٹ کا سبب بن سکتا ہے۔ وانگ وغیرہ۔ لیتھیم/سلفائیڈ الیکٹرولائٹ بیٹریوں کی کارکردگی پر اسٹیک پریشر کے اثر کا مطالعہ کیا اور پتہ چلا کہ لیتھیم سٹرپنگ کے عمل کے دوران، زیادہ سے زیادہ قابل اجازت سٹرپنگ کرنٹ کثافت لاگو بیرونی دباؤ کے متناسب ہے۔ جمع کرنے کے عمل کے دوران، زیادہ لاگو دباؤ زیادہ سے زیادہ قابل اجازت جمع کرنٹ کو کم کر دے گا، یعنی زیادہ اسٹیکنگ پریشر آسانی سے لیتھیم ڈینڈرائٹس کی نسل کا باعث بنے گا (شکل 2)۔

Fig.2 زیادہ سے زیادہ اجازت شدہ کرنٹ ڈینسٹی (MACD) اور ASSLBs میں اتارنے اور جمع کرنے کے لیے بیرونی دباؤ کے درمیان تعلق

1.4.2 مصنوعی ٹھوس الیکٹرولائٹ انٹرفیس پرت

سلفائیڈ ٹھوس الیکٹرولائٹ/لیتھیم انٹرفیس پر ایک مستحکم SEI رکھنا دھاتی لتیم اور سلفائیڈ ٹھوس الیکٹرولائٹ کے درمیان براہ راست رابطے سے بچ سکتا ہے، جو انٹرفیس کے ضمنی رد عمل کی موجودگی اور لیتھیم ڈینڈرائٹس کی تشکیل اور نشوونما کو مؤثر طریقے سے روکتا ہے۔ عام طور پر، SEI بنانے کے دو طریقے ہیں: in-situ SEI اور ex-situ SEI۔ وانگ وغیرہ۔ اسپن کوٹنگ ٹیکنالوجی کے ذریعے پالش شدہ لتیم دھات کی سطح پر ایک ان-سیٹو آئن کوندکٹو حفاظتی پرت قائم کی۔ polyacrylonitrile (PAN) اور fluoroethylene carbonate (FEC) کا ایک مرکب مصنوعی حفاظتی تہہ (LiPFG) کو لتیم کی سطح پر غیر نامیاتی Li3N اور LiF کے نامیاتی میٹرکس پر مشتمل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ مؤثر طریقے سے لتیم کے یکساں جمع کو فروغ دیتا ہے اور انٹرفیس کے استحکام اور مطابقت کو بہتر بناتا ہے۔ لی وغیرہ۔ 1،3-ڈائی آکسولین لیتھیم ڈیفلوورو(آکسالیٹ) فاسفیٹ میں ایک ان سیٹو پولیمرائزڈ انٹرلیئر ڈیزائن کیا۔ Li/LGPS انٹرفیس پر تشکیل پانے والا SEI دوہری پرت کا ڈھانچہ رکھتا ہے۔ اوپری تہہ پولیمر سے بھرپور ہے اور لچکدار ہے، اور نچلی تہہ غیر نامیاتی مادوں سے بھری ہوئی ہے جو لیتھیم ڈینڈرائٹس کے نیوکلیشن اور بڑھوتری کو روکتی ہے۔ اسی وقت، Li/LGPS انٹرفیس کا ہموار رابطہ حاصل کیا جاتا ہے، جو لیتھیم آئنوں کی یکساں ترسیل کو فروغ دیتا ہے اور LGPS کے مسلسل سڑنے کو روکتا ہے۔ اس جیل پولیمر کوٹنگ والی لیتھیم ہم آہنگ بیٹریاں 500 گھنٹہ سے زیادہ 0.5 mAcm·-2/0 کے حالات میں مستحکم سائیکلنگ کی نمائش کرتی ہیں۔ 5 mAh·cm-2۔ گاو وغیرہ۔ نامیاتی لچکدار نمکیات [LiO-(CH2O) n -Li] اور غیر نامیاتی نینو پارٹیکل نمکیات (LiF, -NSO2-Li, Li2O) پر مبنی ایک نانوکومپوزائٹ کی اطلاع دی، جسے LGPS کی حفاظت کے لیے ایک درمیانی مرحلے کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ نانوکومپوزائٹ مواد مائع الیکٹرولائٹ کے الیکٹرو کیمیکل سڑن کے ذریعے لی پر سیٹو میں بنتا ہے، جو انٹرفیس کی مزاحمت کو کم کرتا ہے، اچھی کیمیکل اور الیکٹرو کیمیکل استحکام اور انٹرفیس کی مطابقت رکھتا ہے، اور LGPS میں کمی کے رد عمل کو مؤثر طریقے سے روکتا ہے۔ 3000 گھنٹے سے زیادہ کا مستحکم لیتھیم جمع اور 200 بار کی سائیکل لائف حاصل کی گئی۔ SEI کی مکینیکل طاقت آل سالڈ سٹیٹ بیٹریوں کے سائیکل کے استحکام کے لیے انتہائی اہم ہے۔ اگر SEI کی مکینیکل طاقت بہت کم ہے تو، ڈینڈرائٹ کا دخول واقع ہوگا۔ اگر SEI کافی سخت نہیں ہے، تو موڑنے والے کریکنگ واقع ہوں گے [تصویر 2۔ 3(a)]۔ Duan et al. دھاتی لتیم اور LGPS کے درمیان ایک مصنوعی SEI کے طور پر کیمیائی آیوڈین بخارات جمع کرنے کے ذریعے ایک ساختی LiI پرت تیار کی [شکل 3(b)]۔ سیٹو میں پیدا ہونے والی LiI پرت میں چاول کی شکل کا ایک منفرد، پتلا LiI کرسٹل آپس میں جڑا ہوا ڈھانچہ ہے، جو اعلی میکانکی طاقت اور بہترین سختی فراہم کرتا ہے، اور لیتھیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما کو مؤثر طریقے سے روک سکتا ہے۔ اور لیتھیم کے حجم میں ہونے والی تبدیلیوں کو اچھی طرح سے ڈھالتا ہے، اس طرح ایک مضبوط Li/LGPS انٹرفیس کو برقرار رکھتا ہے [شکل 3(c)]۔ ایک ہی وقت میں، اس LiI پرت میں اعلی آئنک چالکتا اور کچھ کیمیائی جڑت ہے، اور یہ لیتھیم اور LGPS دونوں کو اعلی استحکام دکھاتی ہے۔ تیار کردہ Li/LiI/LGPS/S بیٹری نے 0.1 C پر 1400 mA·mAh·g-1 کی اعلی صلاحیت ظاہر کی، اور کمرے کے درجہ حرارت پر 150 چکروں کے بعد 80.6% کی اعلی صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح دکھائی۔ 1.35 mAh·cm-1 اور 90 ڈگری کے سخت حالات میں بھی، یہ اب بھی 1500 mAh·cm-1 کی اعلیٰ صلاحیت اور 100 سائیکلوں کے لیے بہترین استحکام کا مظاہرہ کرتا ہے۔ درخواست کے مختلف منظرناموں میں اپنی عظیم صلاحیت کو ظاہر کرنا۔ حل کے طریقہ کار کی بنیاد پر، لیانگ وغیرہ۔ Li/Li3PS4 انٹرفیس کو مستحکم کرنے کے لیے SEI کے طور پر دھاتی لتیم کی سطح پر ایک Li x SiS y پرت کی ترکیب کی گئی۔ یہ Li x SiS y پرت ہوا سے مستحکم ہے اور لتیم اور ارد گرد کے ماحول کے درمیان ضمنی رد عمل کو مؤثر طریقے سے روک سکتی ہے۔ اسے ایک سڈول بیٹری میں 2000 گھنٹے سے زیادہ کے لیے مستقل طور پر سائیکل کیا جا سکتا ہے۔ ٹیم نے ایک حل کی حکمت عملی کی بھی اطلاع دی پولی کریلونیٹریل سلفر کمپوزائٹس (PCE) کو ایک سابقہ ​​مصنوعی SEI کے طور پر استعمال کرتے ہوئے۔ لیتھیم میٹل اور ایل جی پی ایس کے درمیان انٹرفیس پر پی سی ای کو ایک انٹرمیڈیٹ پرت کے طور پر استعمال کرنا LGPS اور لی میٹل کے درمیان انٹرفیس کے رد عمل کو نمایاں طور پر دباتا ہے۔ اسمبل شدہ آل سالڈ سٹیٹ بیٹری اعلیٰ ابتدائی صلاحیت کی نمائش کرتی ہے۔ 148 ایم اے ایچ جی -1 0.1 سینٹی گریڈ کی شرح پر۔ یہ 0.5 C کی شرح پر 131 mAh·g-1 ہے۔ 0.5 C کی شرح پر 120 چکروں کے بعد صلاحیت 122 mA·mAh·g-1 رہتی ہے۔ بہترین کارکردگی کا مظاہرہ کریں۔

تصویر 3 LGPS اور Li anode کے درمیان انٹرفیس کا اسکیمیٹک خاکہ

1.4.3 الیکٹرولائٹ کی اصلاح

الیکٹرولائٹ کی اصلاح نہ صرف سلفائڈ الیکٹرولائٹ کی آئنک چالکتا کو بہتر بنا سکتی ہے، بلکہ لتیم انوڈ کے ذریعہ الیکٹرولائٹ کی کمی کو ایک خاص حد تک گریز یا کم کر سکتی ہے۔ ان میں سے، مناسب عنصر کے متبادل کا استعمال آئنک چالکتا کو بہتر بنانے اور انوڈ انٹرفیس کو مستحکم کرنے کے لیے ایک مؤثر حکمت عملی ہے۔ Sun et al کے تجربات۔ ظاہر کریں کہ آکسیجن ڈوپنگ آئن چالکتا کو بڑھا سکتی ہے (Li10GeP2S11.7O0.3: 8.43×10-2 Scm·-1; LGPS: 1.12×{{12} } S·cm-1)۔ ایک ہی وقت میں، انٹرفیشل رد عمل کو روکا جاتا ہے، اس طرح لیتھیم/سلفائیڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس کے استحکام کو بہتر بناتا ہے۔ آکسیجن کے علاوہ، دھاتی سلفائیڈ ڈوپنگ لتیم/سلفائیڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس کی رکاوٹ کو بھی کم کر سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، Li7P2.9S10.85Mo0۔{37}}1 (MoS2 ڈوپنگ کا استعمال کرتے ہوئے بہتر Li2S-P2S5 گلاس سیرامکس) L7P3S11 کے مقابلے میں کم انٹرفیس مائبادا کو ظاہر کرتا ہے۔ Li3۔ 81٪ کی صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح، ننگی Li3PS4 صرف 35٪ ہے)۔ اگرچہ مناسب عنصر کے متبادل نے لتیم/سلفائیڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس کے لیے اچھے نتائج دکھائے ہیں۔ تاہم، ان ترمیمی طریقوں میں اب بھی مسائل ہیں جیسے کہ ضمنی رد عمل کا ہونا اور لمبے چکر کے دوران لیتھیم ڈینڈرائٹس کا بننا۔ انٹرفیس کے مسائل پر حرکیات کے کردار کی اوپری حد کی مزید تصدیق کی جانی چاہیے، اور لیتھیم/سلفائیڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس کے کیمیائی استحکام کو بہتر بنانے کے لیے دیگر حکمت عملیوں کو جوڑنا چاہیے۔ الیکٹرولائٹ ڈھانچہ ڈیزائن ضمنی رد عمل کی موجودگی کو بھی روک سکتا ہے اور لتیم ڈینڈرائٹس کے نیوکلیشن اور ترقی کو روک سکتا ہے۔ آپ وغیرہ۔ ایک سینڈوچ ساختہ الیکٹرولائٹ کا ایک ذہین ڈیزائن تجویز کیا [شکل 4(a)]۔ زیادہ مستحکم الیکٹرولائٹس کے درمیان غیر مستحکم الیکٹرولائٹ کو سینڈویچ کرنے سے کم مستحکم الیکٹرولائٹ کی تہہ میں اچھی مقامی سڑن کے ذریعے براہ راست رابطے سے گریز ہوتا ہے۔ یہ دونوں لیتھیم ڈینڈرائٹس کی نشوونما کو روک سکتا ہے اور پیدا ہونے والی دراڑ کو بھر سکتا ہے۔ یہ توسیعی سکرو نما ڈیزائن کا تصور LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 کیتھوڈ کے ساتھ جوڑا دھاتی لتیم اینوڈ کا ایک مستحکم سائیکل حاصل کرتا ہے [جیسا کہ شکل 4(b) میں دکھایا گیا ہے، صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح 10 کے بعد 82% ہے،000 20 C پر سائیکل]۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ یہ کام مخصوص مواد تک محدود نہیں ہے۔ LGPS، LSPSCl، Li9.54 Si1.74P0.94S11.7Cl0.3 (LSPS)، Li3YCl6، وغیرہ کو مرکزی پرت کے مواد کے طور پر استعمال کرتے ہوئے مستحکم سائیکلوں کا مشاہدہ کیا جا سکتا ہے۔ یہ لیتھیم اینوڈ/سلفائیڈ الیکٹرولائٹ انٹرفیس کے استحکام کو بہتر بنانے کے لیے انتہائی قابل اطلاق ڈیزائن کا طریقہ فراہم کرتا ہے۔

تصویر 4 سینڈویچ ڈھانچہ الیکٹرولائٹ ڈیزائن اور طویل سائیکل الیکٹرو کیمیکل کارکردگی وکر کا اسکیمیٹک خاکہ

1.4.4 لتیم انوڈ ترمیم

لتیم انوڈ میں تبدیلی سائیکلنگ کے دوران دھاتی لتیم کے کریپ رویے کی وجہ سے الیکٹرولائٹ کریکس کی موجودگی کو کم یا اس سے بچا سکتی ہے، اس طرح لتیم ڈینڈرائٹس کی تشکیل کو روکتی ہے۔ جیسا کہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے، Su et al. لیتھیم منفی الیکٹروڈ کی حفاظت کے لیے ایک گریفائٹ فلم کا استعمال کیا، ایل جی پی ایس الیکٹرولائٹ پرت کو لیتھیم میٹل سے الگ کیا، اور ایل جی پی ایس کے گلنے کو روکا۔ مکینیکل سکڑنے کے طریقہ کار کی بنیاد پر، بیٹری سسٹم پر 100~250 GPa کا بیرونی دباؤ لاگو ہوتا ہے۔ یہ بیرونی قوت کی رکاوٹ الیکٹرولائٹ ذرات کے درمیان اور الیکٹرولائٹ پرت اور Li/G انوڈ کے درمیان انٹرفیس کے رابطے کو بہتر بناتی ہے۔ آل سالڈ سٹیٹ بیٹری بہترین سائیکل کارکردگی حاصل کرتی ہے۔ اس کے علاوہ، تمام ٹھوس ریاست لتیم بیٹریوں کے لتیم اینوڈ انٹرفیس کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے دھاتی لتیم کو ملانا بھی ایک اہم طریقہ ہے۔ موجودہ رپورٹس میں، لتیم مرکبات نے مسائل کو حل کرنے میں کچھ فوائد دکھائے ہیں جیسے کہ سنگین انٹرفیس سائیڈ ری ایکشنز اور لتیم انوڈس میں لتیم ڈینڈرائٹس کی نسل، جنہیں ذیل میں تفصیل سے متعارف کرایا جائے گا۔

تصویر.5 لی/ایل جی پی ایس انٹرفیس کے لیے گریفائٹ فلم کا پروٹیکشن ڈیزائن

نامکمل، جاری رکھا جائے۔