Este trabajo introdujo un material piezoeléctrico típico titanato de bario (BaTiO3, BTO) en el electrodo positivo de aire de una batería de litio-aire para inducir un campo eléctrico interno a través de la tensión interna microscópica generada por el crecimiento y la descomposición de productos de descarga sólidos, mejorando así la cinética de reacción y transporte interfacial de Li+ durante el ciclo (Figura 1). Espectroscopía Raman in situ,difracción de rayos X La espectroscopia, la simulación de elementos finitos y el cálculo de primeros principios revelan el efecto regulador específico de la tensión interna de la batería sobre el campo eléctrico interno generado por BTO. La distribución del tiempo de relajación y la espectroscopia de impedancia electroquímica in situ revelan con precisión la relación intrínseca entre el campo eléctrico inducido por tensión interna y la dinámica de los electrodos.

La banda de dispersión Raman alrededor de 808 cm-1 aumenta gradualmente con el proceso de descarga, lo que indica que el producto de descarga Li2O2 se forma rápidamente en la superficie de BTO. Las bandas de dispersión Raman a 249 cm−1 y 306 cm−1 aumentan gradualmente, lo que indica que la distorsión reticular de BTO está aumentando gradualmente. Esto se debe principalmente a la acumulación continua de productos de descarga causada por el aumento dinámico en la tensión interna de la batería para mover Ti4+ a lo largo de un cierto eje del cristal hacia O2-, y el O2- correspondiente muestra polarización por desplazamiento de electrones, lo que resulta en la polarización espontánea. del campo eléctrico (Figura 2).

Elpico de difraccióncambia a un ángulo de difracción más alto durante la descarga y a un ángulo de difracción más bajo durante la carga. En el proceso de descarga, la curva de tensión mostró una tendencia ascendente, y en el proceso de carga posterior, la curva de tensión mostró una tendencia descendente, lo cual fue consistente con la tendencia de evolución del crecimiento y descomposición del Li2O2 (Figura 3).

Los resultados calculados están de acuerdo con el fenómeno experimental observado de que el potencial piezoeléctrico de las nanopartículas BTO es proporcional a la cantidad de presión aplicada. La tensión interna que varía dinámicamente durante el ciclo de la batería inicia la reacción en gran medida regulando la banda. estructuray controlar el flujo de portadores/agujeros internos (Figura 4).

El potencial piezoeléctrico inducido por la tensión interna de la batería puede regular la estructura de la banda, impulsar la separación y el transporte de los portadores, mejorar la transferencia de masa de Li+, reducir efectivamente la barrera de reacción y mejorar significativamente el rendimiento de la batería, lo que demuestra su excelente rendimiento de velocidad (FIG. 5).

Se ha investigado la relación entre el campo eléctrico interno inducido por la tensión interna y la dinámica de los electrodos. El estrés intrínseco generado por el crecimiento y la descomposición de los productos de descarga induce la polarización, establece un campo eléctrico dinámico incorporado y permite la separación continua de electrones y huecos en superficies opuestas para la reacción REDOX piezocatalizada, promueve el transporte interfacial de Li+ y, por lo tanto, mejora la cinética de reacción de la batería.