پروفسور "بیانگوو کانگ" یک کاتدِ چگال را در شرایط کنترلیِ مواد مملو از لیتیوم تولید کرده است که می‌تواند بدون مصرف کبالتِ سمی و گران، 500 بار شارژ و تخلیه شارژ شود. این تیم تحقیقاتی با کنترل کردنِ ساختارهای محلی از راه گسترش فرایند سنتز ساده برای مواد لایه‌دارِ مملو از لیتیوم موفق به ساخت چنین باتری‌هایی شده است. این روش به تازگی توجه‌ها را به سمت خود جلب کرده است.

مسافت پیموده شده و چرخه تخلیه شارژ یک وسیله نقلیه الکتریکی به خصوصیات منحصر به فرد ماده الکترود موجود در باتری لیتیوم-یون قابل شارژ بستگی دارد. الکتریسیته زمانی تولید می‌شود که یون‌های لیتیوم بین آند و کاتد رفت و آمد می‌کنند. در مورد لایه‌های مملو از لیتیوم زمانی که تعداد زیادی لیتیوم خارج و سپس تزریق می‌شود تعداد چرخه‌ها به شدت کاهش می‌یابد. به ویژه زمانی که تعداد زیادی لیتیوم خارج می‌شود و واکنش با اکسیژن در محیطی با بار بالا حادث می‌شود ساختار فرو می‌ریزد و نگه داری از ویژگی‌های شارژ و تخلیه شارژ یا چگالی بالا ناممکن می‌شود. خرابتر شدنِ ویژگی‌های چرخه‌ها باعث مختل شدنِ روند صنعتی شدن می‌شود.

این تیم تحقیقاتی پیشتر گزارش داده بود که پخش همگون اتم‌ها بین لایه‌های اتمی انتقالی و لایه‌ی مملو از لیتیوم یک عامل تعیین کننده در فعال‌سازی واکنش‌های الکتروشیمیایی و ویژگی‌های چرخه‌ای است. در مرحله‌ی بعد تحقیقات مورد نیاز برای ایجاد شرایط مناسب برای کنترل شرایط سنتز انجام شد تا پخش همگون اتم در ساختار میسر شود. با استفاده از تکنیک‌های جدید این تیم موفق شد تا کاتدی تولید کند که دارای پخش‌شدگی همگون اتمی است. در نتیجه مشخص شد که لایه‌ی مملو از لیتیوم سنتز شده دارای ساختار منطقه‌ای بهینه شده است که باعث می‌شود استفاده از مقادیر زیادی از لیتیوم در باتری ممکن باشد. همچنین واکنش اکسایش-کاهش اکسیژن به صورت بازگشت‌پذیری برای صدها دور امکان پذیر شد.

«اهمیتِ این یافته در آنجا است که خواص چرخه‌ی باتری که یکی از مهمترین مباحث در نسل بعدی لایه‌های مملو از لیتیوم است با فرایندی که آنچنان پیچیده نیست به شکل محسوسی بهبود می‌یابد. این بدان معناست که ما یک قدم اساسی در جهت صنعتی کردنِ نسل بعدی مواد لایه لیتیومی به پیش رفته‌ایم.»

نتایج این پژوهش در نشریه ACS Energy Letters به چاپ رسیده است. برای مشاهده جزئیات آن، لینک مقاله را کلیک نمایید.