Questo lavoro ha introdotto un tipico materiale piezoelettrico titanato di bario (BaTiO3, BTO) nell'elettrodo positivo dell'aria di una batteria litio-aria per indurre un campo elettrico interno attraverso lo stress interno microscopico generato dalla crescita e dalla decomposizione dei prodotti solidi di scarica, migliorando così la cinetica di reazione e trasporto interfacciale di Li+ durante il ciclo (Figura 1). Spettroscopia Raman in situ,Diffrazione di raggi X la spettroscopia, la simulazione degli elementi finiti e il calcolo dei principi primi rivelano tutti l'effetto di regolazione specifico dello stress interno della batteria sul campo elettrico interno generato dal BTO. La distribuzione del tempo di rilassamento e la spettroscopia di impedenza elettrochimica in situ rivelano accuratamente la relazione intrinseca tra il campo elettrico indotto dallo stress interno e la dinamica degli elettrodi.

La banda di diffusione Raman intorno a 808 cm−1 viene gradualmente migliorata con il processo di scarica, indicando che il prodotto di scarica Li2O2 si forma rapidamente sulla superficie di BTO. Le bande di diffusione Raman a 249 cm−1 e 306 cm−1 vengono gradualmente migliorate, indicando che la distorsione reticolare di BTO sta gradualmente aumentando. Ciò è dovuto principalmente al continuo accumulo di prodotti di scarica causato dall'aumento dinamico dello stress interno della batteria per spostare Ti4+ lungo un determinato asse cristallino verso O2−, e il corrispondente O2− mostra la polarizzazione dello spostamento degli elettroni, con conseguente polarizzazione spontanea del campo elettrico (Figura 2).

ILpicco di diffrazionepassa ad un angolo di diffrazione più alto durante la scarica e ad un angolo di diffrazione più basso durante la carica. Nel processo di scarica, la curva di stress ha mostrato una tendenza al rialzo e nel successivo processo di carica, la curva di stress ha mostrato una tendenza al ribasso, che era coerente con il trend di evoluzione della crescita e della decomposizione di Li2O2 (Figura 3).

I risultati calcolati sono in accordo con il fenomeno sperimentale osservato secondo cui il potenziale piezoelettrico delle nanoparticelle BTO è proporzionale alla quantità di pressione applicata. Lo stress interno che varia dinamicamente durante il ciclo della batteria avvia la reazione in larga misura regolando la banda strutturae controllare il flusso di trasportatori/fori interni (Figura 4).

Il potenziale piezoelettrico indotto dallo stress interno della batteria può regolare la struttura della banda, guidare la separazione e il trasporto dei portatori, migliorare il trasferimento di massa di Li+, ridurre efficacemente la barriera di reazione e migliorare significativamente le prestazioni della batteria, il che dimostra la sua ottima performance tariffaria (FIG. 5).

È stata studiata la relazione tra il campo elettrico interno indotto dallo stress interno e la dinamica degli elettrodi. Lo stress intrinseco generato dalla crescita e dalla decomposizione dei prodotti di scarica induce la polarizzazione, stabilisce un campo elettrico dinamico incorporato e consente la separazione continua di elettroni e lacune su superfici opposte per la reazione REDOX piezo-catalizzata, promuove il trasporto interfacciale di Li+ e quindi migliora la cinetica di reazione della batteria.