Lithium Intercalation in Bilayer Graphene Devices

این کتاب در مورد اجرای موفقیت آمیز یک سلول گالوانیکی نوآورانه و کوچک شده که کنترل بی سابقه ای بر حمل و نقل یونی و دسترسی به آن را ارائه می دهد، گزارش می دهد. این یک نقطه عطف در مطالعات بنیادی در مورد انتقال انتشاری یون‌های لیتیوم بین دو لایه اتمی نازک کربن (گرافن)، یک جنبه بسیار مرتبط در الکترودها برای ذخیره انرژی و انبوه در زمینه باتری‌ها است. علاوه بر این، این یک نمونه زیبا از این است که چگونه کار میان رشته ای که تخصص را از دو زمینه بسیار متمایز ترکیب می کند، می تواند به طور قابل توجهی علم را پیشرفت دهد. ماشین‌آلات و ابزارهای رایج در مطالعه سیستم‌های کم‌بعد در فیزیک ماده چگال با روش‌هایی که به طور معمول در الکتروشیمی به کار می‌روند ترکیب می‌شوند تا آزمایش‌های واقعاً منحصربه‌فرد و قدرتمندی را امکان‌پذیر کنند.

روش توسعه‌یافته در اینجا به راحتی قابل تعمیم است و به دیگر مواد لایه‌ای و همچنین گونه‌های یونی دیگر تعمیم داده می‌شود. نه تنها روش، بلکه نتیجه کاربرد آن برای انتشار لیتیوم و درهم‌سازی در گرافن دولایه قابل توجه است. ضریب انتشار شیمیایی رکوردی نشان داده شده است که حتی از انتشار کلرید سدیم در آب فراتر می رود و از هر مقدار گزارش شده انتشار یون در مواد رسانای مخلوط تک فاز فراتر می رود. این یافته ممکن است نشان دهنده خواص استثنایی باشد که هنوز در مشتقات نانومقیاس ترکیبات درج فله کشف نشده است.

This book reports on the successful implementation of an innovative, miniaturized galvanic cell that offers unprecedented control over and access to ionic transport. It represents a milestone in fundamental studies on the diffusive transport of lithium ions between two atomically thin layers of carbon (graphene), a highly relevant aspect in electrodes for energy and mass storage in the context of batteries. Further, it is a beautiful example of how interdisciplinary work that combines expertise from two very distinct fields can significantly advance science. Machinery and tools common in the study of low-dimensional systems in condensed matter physics are combined with methods routinely employed in electrochemistry to enable truly unique and powerful experiments.

The method developed here can easily be generalized and extended to other layered materials as well as other ionic species. Not only the method but also the outcome of its application to Li diffusion and intercalation in bilayer graphene is remarkable. A record chemical diffusion coefficient is demonstrated, exceeding even the diffusion of sodium chloride in water and surpassing any reported value of ion diffusion in single-phase mixed conducting materials. This finding may be indicative of the exceptional properties yet to be discovered in nanoscale derivatives of bulk insertion compounds.