研究层状氧化物(高性能锂离子电池的关键材料)的缺陷控制结构坍塌问题对于开发下一代阴极材料至关重要。
有鉴于此,加州大学尔湾分校忻获麟(Huolin L. Xin)教授、Chunyang Wang、麻省理工学院李巨教授等报道通过在电子显微镜下构筑微型电池,从原子尺度监控电化学反应。
本文要点:
(1)
通过原子尺度表征电化学反应,捕获电化学驱动原子的动态变化和位错结构(dislocations)的产生,无序结构是材料最重要的拓扑缺陷结构。从原子尺度解析了层状氧化物阴极材料中位错结构的成核、移动、消失的过程和机理。特别发现了两个无序结构的型式,单个位错(single dislocations)和位错偶极(dislocation dipoles)。观测过程中捕获了位错的滑移/爬升、混合,首次通过实验测量了位错的滑移和爬升速率。
(2)
此外,揭示了位错活动导致的结构坍塌,包括裂纹成核、相变、晶格重新取向等现象。这项工作为深入研究电化学驱动的原子动力学导致层状氧化物中的位错现象提供帮助。
参考文献
C. Wang, R. Zhang, J. Li, H.L. Xin, Resolving electrochemically triggered topological defect dynamics and structural degradation in layered oxides, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2025, 122 (3) e2409494122
DOI: 10.1073/pnas.2409494122
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2409494122