A do të bëjnë të mundur kristalet e lëngëta si elektrolite në bateritë litium-jon krijimin e qelizave të qëndrueshme metalike të litiumit?

Një studim interesant nga Universiteti Carnegie Mellon. Shkencëtarët kanë propozuar përdorimin e kristaleve të lëngëta në qelizat litium-jon për të rritur densitetin e tyre të energjisë, stabilitetin dhe kapacitetin e karikimit. Puna ende nuk ka avancuar, kështu që do të presim të paktën pesë vjet për përfundimin e tyre - nëse është e mundur.

Kristalët e lëngshëm kanë revolucionarizuar ekranet, tani ato mund të ndihmojnë bateritë

Përmbajtje

• Kristalët e lëngshëm kanë revolucionarizuar ekranet, tani ato mund të ndihmojnë bateritë
  • Kristalet e lëngëta si një mashtrim për të marrë një elektrolit të lëngët-ngurtë

Shkurtimisht: prodhuesit e qelizave litium-jon po përpiqen aktualisht të rrisin densitetin e energjisë së qelizave duke ruajtur ose përmirësuar performancën e qelizave, duke përfshirë, për shembull, përmirësimin e stabilitetit me fuqi më të larta karikimi. Ideja është që bateritë të jenë më të lehta, më të sigurta dhe më të shpejta për t'u rimbushur. Pak si trekëndëshi shpejt-lirë-mirë.

Një nga mënyrat për të rritur ndjeshëm energjinë specifike të qelizave (me 1,5-3 herë) është përdorimi i anodave të bëra nga metali litium (Li-metal).... Jo karboni apo silikoni, si më parë, por litiumi, një element që është drejtpërdrejt përgjegjës për kapacitetin e qelizës. Problemi është se ky rregullim zhvillon shpejt dendritet litium, zgjatime metalike që me kalimin e kohës lidhin dy elektroda, duke i dëmtuar ato.

Kristalet e lëngëta si një mashtrim për të marrë një elektrolit të lëngët-ngurtë

Aktualisht po punohet për paketimin e anodave në materiale të ndryshme për të formuar një shtresë të jashtme që lejon rrjedhjen e joneve të litiumit, por nuk lejon që strukturat e ngurta të rriten. Një zgjidhje e mundshme për problemin është gjithashtu përdorimi i një elektroliti të ngurtë - një mur përmes të cilit dendritet nuk mund të depërtojnë.

Shkencëtarët në Universitetin Carnegie Mellon morën një qasje të ndryshme: ata duan të qëndrojnë me elektrolite të lëngshme të provuara, por të bazuara në kristalet e lëngëta. Kristalet e lëngëta janë struktura që janë në gjysmë të rrugës ndërmjet lëngjeve dhe kristaleve, domethënë trupa të ngurtë me një strukturë të renditur. Kristalet e lëngëta janë të lëngëta, por molekulat e tyre janë shumë të renditura (burimi).

Në nivelin molekular, struktura e një elektroliti kristal të lëngët është vetëm një strukturë kristalore dhe kështu bllokon rritjen e dendriteve. Megjithatë, kemi të bëjmë ende me një lëng, pra një fazë që lejon jonet të rrjedhin midis elektrodave. Rritja e dendritit është e bllokuar, ngarkesat duhet të rrjedhin.

Kjo nuk përmendet në studim, por kristalet e lëngëta kanë një veçori tjetër të rëndësishme: pasi të aplikohet tension mbi to, ato mund të renditen në një rend të caktuar (siç mund ta shihni, për shembull, duke parë këto fjalë dhe kufirin midis të zezës shkronja dhe një sfond i lehtë). Pra, mund të ndodhë që kur qeliza të fillojë të ngarkohet, molekulat e kristalit të lëngshëm të pozicionohen në një kënd tjetër dhe të "gërvishtin" depozitat dendritike nga elektroda.

Vizualisht, kjo do t'i ngjajë mbylljes së flapave, të themi, në vrimën e ventilimit.

Ana negative e situatës është se Universiteti Carnegie Mellon sapo ka filluar kërkimin mbi elektrolitet e reja... Dihet tashmë se qëndrueshmëria e tyre është më e ulët se ajo e elektroliteve të lëngëta konvencionale. Degradimi i qelizave ndodh më shpejt, dhe ky nuk është drejtimi që na intereson. Megjithatë, është e mundur që me kalimin e kohës problemi të zgjidhet. Për më tepër, ne nuk presim shfaqjen e përbërjeve në gjendje të ngurtë më herët se gjysma e dytë e dekadës:

> LG Chem përdor sulfide në qelizat në gjendje të ngurtë. Komercializimi i elektrolitit të ngurtë jo më herët se 2028

Foto hyrëse: Dendritet litium formohen në elektrodën e një qelize mikroskopike litium-jon. Figura e madhe e errët në krye është elektroda e dytë. "Flluska" fillestare e atomeve të litiumit shpërthen në një moment, duke krijuar një "mustaqe" që është baza e dendritit në zhvillim (c) PNNL Unplugged / YouTube:

Kjo mund t'ju interesojë: