Este trabalho introduziu um material piezoelétrico típico titanato de bário (BaTiO3, BTO) no eletrodo positivo de ar de uma bateria de lítio-ar para induzir um campo elétrico interno através da tensão interna microscópica gerada pelo crescimento e decomposição de produtos de descarga sólida, melhorando assim o cinética de reação e transporte interfacial de Li+ durante o ciclo (Figura 1). Espectroscopia Raman in situ,Difração de raios X espectroscopia, simulação de elementos finitos e cálculo de primeiros princípios revelam o efeito regulador específico do estresse interno da bateria no campo elétrico interno gerado pelo BTO. A distribuição do tempo de relaxamento e a espectroscopia de impedância eletroquímica in situ revelam com precisão a relação intrínseca entre o campo elétrico induzido por estresse interno e a dinâmica do eletrodo.

A banda de espalhamento Raman em torno de 808 cm-1 é gradualmente aumentada com o processo de descarga, indicando que o produto de descarga Li2O2 é rapidamente formado na superfície do BTO. As bandas de espalhamento Raman em 249 cm-1 e 306 cm-1 são gradualmente aumentadas, indicando que a distorção da rede do BTO está aumentando gradualmente. Isto se deve principalmente ao acúmulo contínuo de produtos de descarga causados ​​pelo aumento dinâmico na tensão interna da bateria para mover o Ti4+ ao longo de um determinado eixo do cristal em direção ao O2−, e o O2− correspondente mostra polarização por deslocamento de elétrons, resultando na polarização espontânea. do campo elétrico (Figura 2).

Opico de difraçãomuda para um ângulo de difração mais alto durante a descarga e para um ângulo de difração mais baixo durante o carregamento. No processo de descarga, a curva de tensão apresentou tendência ascendente, e no processo de carregamento subsequente, a curva de tensão apresentou tendência descendente, o que foi consistente com a tendência de evolução do crescimento e decomposição do Li2O2 (Figura 3).

Os resultados calculados estão de acordo com o fenômeno experimental observado de que o potencial piezoelétrico das nanopartículas de BTO é proporcional à quantidade de pressão aplicada. A tensão interna que varia dinamicamente durante o ciclo da bateria inicia a reação em grande parte regulando a banda estruturae controlar o fluxo de transportadores/orifícios internos (Figura 4).

O potencial piezoelétrico induzido pelo estresse interno da bateria pode regular a estrutura da banda, impulsionar a separação e transporte de portadores, melhorar a transferência de massa de Li+, reduzir efetivamente a barreira de reação e melhorar significativamente o desempenho da bateria, o que comprova sua excelente desempenho de taxa (FIG. 5).

A relação entre o campo elétrico interno induzido pela tensão interna e a dinâmica do eletrodo foi investigada. A tensão intrínseca gerada pelo crescimento e decomposição dos produtos de descarga induz a polarização, estabelece um campo elétrico dinâmico incorporado e permite a separação contínua de elétrons e buracos em superfícies opostas para reação REDOX piezo-catalisada, promove o transporte interfacial de Li+ e, assim, melhora a cinética de reação da bateria.