Lityum-ionli batareyalardagi elektrolitlar sifatida suyuq kristallar barqaror lityum metall hujayralarni yaratishga imkon beradimi?

Karnegi Mellon universitetining qiziqarli tadqiqoti. Olimlar energiya zichligi, barqarorligi va zaryadlash qobiliyatini oshirish uchun litiy-ionli hujayralardagi suyuq kristallardan foydalanishni taklif qilishdi. Ish hali oldinga siljimagan, shuning uchun biz uning tugashini kamida besh yil kutamiz - agar iloji bo'lsa.

Suyuq kristallar displeylarni inqilob qildi, endi ular batareyalarga yordam berishi mumkin

Mundarija

• Suyuq kristallar displeylarni inqilob qildi, endi ular batareyalarga yordam berishi mumkin
  • Suyuq kristallar suyuq-qattiq elektrolit olish uchun hiyla sifatida

Muxtasar qilib aytganda: lityum-ion hujayra ishlab chiqaruvchilari hozirda hujayraning ishlashini saqlab qolish yoki yaxshilash, jumladan, yuqori zaryadlash quvvatlarida barqarorlikni yaxshilash bilan birga hujayralarning energiya zichligini oshirishga intilmoqda. Maqsad batareyalarni engilroq, xavfsizroq va tezroq zaryadlash uchun qilishdir. Tez-arzon-yaxshi uchburchak kabi bir oz.

Hujayralarning o'ziga xos energiyasini sezilarli darajada oshirish usullaridan biri (1,5-3 marta) lityum metalldan (Li-metall) tayyorlangan anodlardan foydalanishdir.... Avvalgidek uglerod yoki kremniy emas, balki hujayraning sig'imi uchun bevosita mas'ul bo'lgan lityum element. Muammo shundaki, bu tartibga solish tezda lityum dendritlarni, vaqt o'tishi bilan ikkita elektrodni bog'laydigan metall protrusionlarni rivojlantiradi va ularga zarar etkazadi.

Suyuq kristallar suyuq-qattiq elektrolit olish uchun hiyla sifatida

Ayni paytda anodlarni litiy ionlari oqimiga imkon beruvchi, lekin qattiq konstruksiyalarning o‘sishiga imkon bermaydigan tashqi qobiq hosil qilish uchun turli materiallarga qadoqlash ishlari olib borilmoqda. Muammoning potentsial yechimi, shuningdek, qattiq elektrolitlardan foydalanishdir - dendritlar o'tib keta olmaydigan devor.

Karnegi Mellon universiteti olimlari boshqacha yo'l tutdilar: ular tasdiqlangan suyuq elektrolitlar bilan qolishni xohlashadi, lekin suyuq kristallarga asoslangan. Suyuq kristallar suyuqlik va kristallar o'rtasida yarmida joylashgan tuzilmalar, ya'ni tartibli tuzilishga ega qattiq moddalardir. Suyuq kristallar suyuq, lekin ularning molekulalari juda tartibli (manba).

Molekulyar darajada suyuq kristall elektrolitning tuzilishi shunchaki kristalli struktura bo'lib, dendritlarning o'sishini bloklaydi. Biroq, biz hali ham suyuqlik, ya'ni elektrodlar orasidagi ionlarning oqishini ta'minlaydigan faza bilan shug'ullanamiz. Dendrit o'sishi bloklanadi, yuklar oqishi kerak.

Tadqiqotda bu haqda aytilmagan, ammo suyuq kristallar yana bir muhim xususiyatga ega: ularga kuchlanish qo'llanilganda, ularni ma'lum bir tartibda joylashtirish mumkin (masalan, ushbu so'zlarga va qora ranglar orasidagi chegaraga qarab ko'rishingiz mumkin. harflar va engil fon). Shunday qilib, hujayra zaryadlashni boshlaganda, suyuq kristal molekulalari boshqa burchak ostida joylashishi va elektrodlardan dendritik konlarni "qirdirishi" mumkin.

Vizual ravishda, bu, masalan, shamollatish teshigidagi qopqoqlarning yopilishiga o'xshaydi.

Vaziyatning salbiy tomoni shundaki Karnegi Mellon universiteti endigina yangi elektrolitlar ustida tadqiqot boshladi... Ularning barqarorligi an'anaviy suyuq elektrolitlarga qaraganda past ekanligi allaqachon ma'lum. Hujayra degradatsiyasi tezroq sodir bo'ladi va bu bizni qiziqtiradigan yo'nalish emas. Biroq, vaqt o'tishi bilan muammo hal bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, biz o'n yillikning ikkinchi yarmidan oldin qattiq holatdagi birikmalarning paydo bo'lishini kutmaymiz:

> LG Chem qattiq holatdagi hujayralardagi sulfidlardan foydalanadi. 2028 yildan oldin qattiq elektrolitlarni tijoratlashtirish

Kirish fotosurati: mikroskopik litiy-ion hujayra elektrodida litiy dendritlarning hosil bo'lish jarayoni. Yuqoridagi katta qorong'u raqam ikkinchi elektroddir. Litiy atomlarining dastlabki "qabariqi" bir nuqtada yuqoriga uchib, paydo bo'lgan dendrit (c) PNNL Unplugged / YouTube asosi bo'lgan "mo'ylovlarni" yaratadi:

Bu sizni qiziqtirishi mumkin: