Ce travail a introduit un matériau piézoélectrique typique, le titanate de baryum (BaTiO3, BTO) dans l'électrode positive à air d'une batterie lithium-air pour induire un champ électrique interne à travers la contrainte interne microscopique générée par la croissance et la décomposition de produits de décharge solides, améliorant ainsi la cinétique de réaction et transport interfacial de Li+ au cours du cycle (Figure 1). Spectroscopie Raman in situ,Diffraction des rayons X la spectroscopie, la simulation par éléments finis et le calcul des principes premiers révèlent tous l'effet régulateur spécifique de la contrainte interne de la batterie sur le champ électrique interne généré par le BTO. La distribution du temps de relaxation et la spectroscopie d'impédance électrochimique in situ révèlent avec précision la relation intrinsèque entre le champ électrique induit par la contrainte interne et la dynamique des électrodes.
La bande de diffusion Raman autour de 808 cm−1 s’améliore progressivement avec le processus de décharge, indiquant que le produit de décharge Li2O2 se forme rapidement à la surface du BTO. Les bandes de diffusion Raman à 249 cm−1 et 306 cm−1 sont progressivement améliorées, indiquant que la distorsion du réseau du BTO augmente progressivement. Cela est principalement dû à l'accumulation continue de produits de décharge provoquée par l'augmentation dynamique de la contrainte interne de la batterie pour déplacer Ti4+ le long d'un certain axe cristallin vers O2−, et l'O2− correspondant montre une polarisation de déplacement électronique, entraînant une polarisation spontanée. du champ électrique (Figure 2).
Lepic de diffractionpasse à un angle de diffraction plus élevé pendant la décharge et à un angle de diffraction plus faible pendant la charge. Dans le processus de décharge, la courbe de contrainte a montré une tendance à la hausse, et dans le processus de charge ultérieur, la courbe de contrainte a montré une tendance à la baisse, ce qui était cohérent avec la tendance d'évolution de la croissance et de la décomposition du Li2O2 (Figure 3).
Les résultats calculés sont en accord avec le phénomène expérimental observé selon lequel le potentiel piézoélectrique des nanoparticules de BTO est proportionnel à la pression appliquée. La contrainte interne variable dynamiquement pendant le cycle de la batterie initie la réaction dans une large mesure en régulant la bande. structureet contrôler le flux de supports/trous internes (Figure 4).
Le potentiel piézoélectrique induit par la contrainte interne de la batterie peut réguler la structure de la bande, piloter la séparation et le transport des porteurs, améliorer le transfert de masse du Li+, réduire efficacement la barrière de réaction et améliorer considérablement les performances de la batterie, ce qui prouve son efficacité. excellente performance de débit (figure 5).
La relation entre le champ électrique interne induit par la contrainte interne et la dynamique des électrodes a été étudiée. La contrainte intrinsèque générée par la croissance et la décomposition des produits de décharge induit une polarisation, établit un champ électrique intégré dynamique et permet une séparation continue des électrons et des trous vers des surfaces opposées pour une réaction REDOX piézo-catalysée, favorise le transport interfacial Li+ et améliore ainsi la cinétique de réaction de la batterie.