Intelligente elektrochemische Rasterzellmikroskopie für den Nachweis schneller Li-Ionen-Speicherung und Dynamik in TiO2- Nanopartikeln

Anatas-TiO2 ist ein vielversprechendes Material für Li-Ionen-Batterien (Li+) mit Schnellladefähigkeit. Die (De-)Interkalationsdynamik von Li+ in TiO2 ist jedoch nach wie vor schwer fassbar, und die beschriebenen Diffusivitäten überspannen viele Größenordnungen. Wir entwickeln ein intelligentes Protokoll für die rasterelektrochemische Zellmikroskopie (SECCM) in Kombination mit in situ optischer Mikroskopie (OM), um die Lade-/Entladeanalyse einzelner TiO2-Nanopartikel-Cluster mit hohem Durchsatz zu beobachten. Die direkte Untersuchung aktiver Nanopartikel ergab, dass TiO2 mit einer Größe von ca. 50 nm mehr als 30 % der theoretischen Kapazität bei einer äußerst schnellen Lade-/Entladerate von ca. 100 C speichern kann. Dieser Nachweis einer schnellen Li+-Speicherung in TiO2-Partikeln stärkt ihr Potenzial für schnell ladende Batterien. Die hier vorgeschlagene SECCM-OM ist generell für das elektrochemische Hochdurchsatz-Screening von nanostrukturierten Materialien breit anwendbar.Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Projekte MSCA-ITN SENTINEL [812398], MSCA-IF NANODENDRITE [101026563] und NanoBat [861962] gefördert. Der Aufbau der SECCM-Glovebox wurde von der Faraday Institution (FIRG013) finanziert. Wir danken Dr. David Walker für seine Hilfe bei den XRD-Messungen und die Nutzung der XRD-Plattform an der Universität Warwick. Wir danken auch Dr. Mark Crouch von der Abteilung für Ingenieurwesen der Universität Warwick für die Herstellung der goldbeschichteten Deckgläser. Open Access Veröffentlichung ermöglicht und organisiert durch Projekt DEAL