In dieser Arbeit wurde ein typisches piezoelektrisches Material, Bariumtitanat (BaTiO3, BTO), in die positive Luftelektrode einer Lithium-Luft-Batterie eingeführt, um durch die mikroskopische innere Spannung, die durch das Wachstum und die Zersetzung fester Entladungsprodukte erzeugt wird, ein internes elektrisches Feld zu induzieren und so die Leistung zu verbessern Reaktionskinetik und Li+-Transport an der Grenzfläche während des Zyklus (Abbildung 1). In-situ-Raman-Spektroskopie,Röntgenbeugung Spektroskopie, Finite-Elemente-Simulation und First-Principles-Berechnungen zeigen alle die spezifische regulierende Wirkung der Batterie-Innenspannung auf das von BTO erzeugte interne elektrische Feld. Die Relaxationszeitverteilung und die elektrochemische In-situ-Impedanzspektroskopie zeigen genau die intrinsische Beziehung zwischen dem durch innere Spannung induzierten elektrischen Feld und der Elektrodendynamik.
Die Raman-Streubande um 808 cm−1 wird mit dem Entladungsprozess allmählich verstärkt, was darauf hindeutet, dass sich das Entladungsprodukt Li2O2 schnell auf der Oberfläche von BTO bildet. Die Raman-Streuungsbanden bei 249 cm−1 und 306 cm−1 werden allmählich verstärkt, was darauf hindeutet, dass die Gitterverzerrung von BTO allmählich zunimmt. Dies ist hauptsächlich auf die kontinuierliche Ansammlung von Entladungsprodukten zurückzuführen, die durch den dynamischen Anstieg der inneren Spannung der Batterie verursacht wird, um Ti4+ entlang einer bestimmten Kristallachse in Richtung O2− zu bewegen, und das entsprechende O2− zeigt eine Elektronenverschiebungspolarisation, was zu einer spontanen Polarisation führt des elektrischen Feldes (Abbildung 2).
DerBeugungspeakverschiebt sich beim Entladen zu einem höheren Beugungswinkel und beim Laden zu einem niedrigeren Beugungswinkel. Beim Entladevorgang zeigte die Spannungskurve einen Aufwärtstrend und beim anschließenden Ladevorgang zeigte die Spannungskurve einen Abwärtstrend, was mit dem Entwicklungstrend des Wachstums und der Zersetzung von Li2O2 übereinstimmte (Abbildung 3).
Die berechneten Ergebnisse stimmen mit dem beobachteten experimentellen Phänomen überein, dass das piezoelektrische Potenzial von BTO-Nanopartikeln proportional zur Höhe des ausgeübten Drucks ist. Die dynamisch variierende Eigenspannung während des Batteriezyklus leitet die Reaktion maßgeblich durch die Regulierung des Bandes ein Strukturund Steuerung des Flusses interner Träger/Löcher (Abbildung 4).
Das durch die innere Spannung der Batterie induzierte piezoelektrische Potenzial kann die Bandstruktur regulieren, die Trennung und den Transport von Ladungsträgern vorantreiben, den Massentransfer von Li+ verbessern, die Reaktionsbarriere effektiv reduzieren und die Leistung der Batterie erheblich verbessern, was beweist, dass dies der Fall ist hervorragende Gangleistung (ABB. 5).
Der Zusammenhang zwischen dem durch innere Spannung induzierten internen elektrischen Feld und der Elektrodendynamik wurde untersucht. Die intrinsische Spannung, die durch das Wachstum und die Zersetzung von Entladungsprodukten entsteht, induziert Polarisation, baut ein dynamisches eingebautes elektrisches Feld auf und ermöglicht eine kontinuierliche Trennung von Elektronen und Löchern auf gegenüberliegenden Oberflächen für die piezokatalysierte REDOX-Reaktion, fördert den Li+-Transport an der Grenzfläche und verbessert so die Reaktionskinetik der Batterie.