Дали течните кристали како електролити во литиум-јонските батерии ќе овозможат создавање стабилни метални литиумски ќелии?

Интересна студија на Универзитетот Карнеги Мелон. Научниците предложија користење на течни кристали во литиум-јонските ќелии за да се зголеми нивната енергетска густина, стабилност и капацитет за полнење. Работата сè уште не е напредната, па ќе чекаме најмалку пет години за нивното завршување - ако воопшто е можно.

Течните кристали направија револуција во дисплеите, сега можат да им помогнат на батериите

Содржина

• Течните кристали направија револуција во дисплеите, сега можат да им помогнат на батериите
  • Течни кристали како трик за добивање на течно-цврст електролит

Накратко: производителите на литиум-јонски ќелии во моментов се обидуваат да ја зголемат густината на енергијата на ќелиите додека ги одржуваат или подобруваат перформансите на ќелиите, вклучувајќи, на пример, подобрување на стабилноста при повисоки моќи на полнење. Идејата е да се направат батериите полесни, побезбедни и побрзо да се полнат. Малку како триаголникот брзо-евтино-добро.

Еден од начините за значително зголемување на специфичната енергија на клетките (за 1,5-3 пати) е употребата на аноди направени од литиум метал (Li-metal).... Не јаглерод или силициум, како порано, туку литиум, елемент кој е директно одговорен за капацитетот на ќелијата. Проблемот е што овој распоред брзо развива литиумски дендрити, метални испакнатини кои со текот на времето ги поврзуваат двете електроди, оштетувајќи ги.

Течни кристали како трик за добивање на течно-цврст електролит

Во моментов се работи на пакување на аноди во различни материјали за да се формира надворешна обвивка која овозможува проток на јони на литиум, но не дозволува цврсти структури да растат. Потенцијално решение за проблемот е и употребата на цврст електролит - ѕид низ кој дендритите не можат да навлезат.

Научниците од Универзитетот Карнеги Мелон зазедоа поинаков пристап: тие сакаат да останат со докажани течни електролити, но врз основа на течни кристали. Течните кристали се структури кои се на половина пат помеѓу течноста и кристалите, односно цврсти материи со подредена структура. Течните кристали се течни, но нивните молекули се многу подредени (извор).

На молекуларно ниво, структурата на електролитот со течни кристали е само кристална структура и на тој начин го блокира растот на дендритите. Сепак, сè уште имаме работа со течност, односно фаза која овозможува јони да течат помеѓу електродите. Растот на дендритите е блокиран, товарите мора да течат.

Ова не е споменато во студијата, но течните кристали имаат уште една важна карактеристика: штом ќе се примени напон на нив, тие можат да се подредат по одреден редослед (како што можете да видите, на пример, гледајќи ги овие зборови и границата помеѓу црната букви и светла позадина). Така, може да се случи кога ќелијата ќе почне да се полни, молекулите на течните кристали да бидат поставени под различен агол и да ги „гребат“ дендритичните наслаги од електродите.

Визуелно, ова ќе личи на затворање на клапите, да речеме, во дупката за вентилација.

Негативната страна на ситуацијата е тоа Универзитетот Карнеги Мелон штотуку започна со истражување за нови електролити... Веќе е познато дека нивната стабилност е пониска од онаа на конвенционалните течни електролити. Деградацијата на клетките се случува побрзо, и тоа не е насоката што не интересира. Сепак, можно е со текот на времето проблемот да се реши. Покрај тоа, не очекуваме појава на соединенија во цврста состојба порано од втората половина на деценијата:

> LG Chem користи сулфиди во ќелии во цврста состојба. Комерцијализација на цврст електролит не порано од 2028 година

Воведна фотографија: Литиумските дендрити се формираат на електродата на микроскопска литиум-јонска ќелија. Големата темна фигура на врвот е втората електрода. Почетниот „меур“ од атоми на литиум пука во одреден момент, создавајќи „мустаќи“ што е основа на појавувачкиот дендрит (в) PNNL Unplugged / YouTube:

Ова може да ве интересира: