Hoće li tekući kristali kao elektroliti u litijum-jonskim baterijama omogućiti stvaranje stabilnih litijum metalnih ćelija?

Zanimljiva studija Univerziteta Carnegie Mellon. Naučnici su predložili korištenje tekućih kristala u litijum-jonskim ćelijama kako bi se povećala njihova gustoća energije, stabilnost i kapacitet punjenja. Radovi još nisu uznapredovali, pa ćemo na njihov završetak - ako je ikako moguće - čekati najmanje pet godina.

Tečni kristali su revolucionirali ekrane, sada mogu pomoći baterijama

Sadržaj

• Tečni kristali su revolucionirali ekrane, sada mogu pomoći baterijama
  • Tečni kristali kao trik za dobijanje tečno-čvrstog elektrolita

Ukratko: proizvođači litijum-jonskih ćelija trenutno nastoje povećati gustoću energije ćelija uz održavanje ili poboljšanje performansi ćelija, uključujući, na primjer, poboljšanje stabilnosti pri većim snagama punjenja. Ideja je da se baterije učine lakšim, sigurnijim i bržim za punjenje. Pomalo kao trougao brzo-jeftino-dobro.

Jedan od načina za značajno povećanje specifične energije ćelija (za 1,5-3 puta) je upotreba anoda od metala litijuma (Li-metal).... Ne ugljenik ili silicijum, kao ranije, već litijum, element koji je direktno odgovoran za kapacitet ćelije. Problem je što ovaj raspored brzo razvija litijumske dendrite, metalne izbočine koje vremenom spajaju dvije elektrode, oštećujući ih.

Tečni kristali kao trik za dobijanje tečno-čvrstog elektrolita

Trenutno je u toku rad na pakovanju anoda u različite materijale kako bi se formirala spoljna ljuska koja omogućava protok litijum jona, ali ne dozvoljava rast čvrstih struktura. Potencijalno rješenje problema je i korištenje čvrstog elektrolita - zida kroz koji dendriti ne mogu prodrijeti.

Naučnici sa Univerziteta Carnegie Mellon zauzeli su drugačiji pristup: žele ostati s provjerenim tekućim elektrolitima, ali na bazi tekućih kristala. Tečni kristali su strukture koje su na pola puta između tečnosti i kristala, odnosno čvrste materije sa uređenom strukturom. Tečni kristali su tekući, ali su njihovi molekuli visoko uređeni (izvor).

Na molekularnom nivou, struktura elektrolita tečnog kristala je samo kristalna struktura i na taj način blokira rast dendrita. Međutim, još uvijek imamo posla s tekućinom, odnosno fazom koja omogućava tok jona između elektroda. Rast dendrita je blokiran, teret mora teći.

Ovo se ne spominje u studiji, ali tekući kristali imaju još jednu važnu osobinu: kada se na njih dovede napon, mogu se poredati određenim redoslijedom (kao što možete vidjeti, na primjer, gledajući ove riječi i granicu između crne boje slova i svijetla pozadina). Tako da se može dogoditi da kada se ćelija počne puniti, molekuli tečnog kristala će biti pozicionirani pod drugim uglom i "strugati" dendritske naslage sa elektroda.

Vizualno, ovo će ličiti na zatvaranje klapni, recimo, u otvoru za ventilaciju.

Loša strana situacije je to Univerzitet Carnegie Mellon upravo je započeo istraživanje novih elektrolita... Već je poznato da je njihova stabilnost niža od stabilnosti konvencionalnih tekućih elektrolita. Degradacija ćelija se dešava brže, a to nije pravac koji nas zanima. Međutim, moguće je da će s vremenom problem biti riješen. Štaviše, ne očekujemo pojavu čvrstih jedinjenja ranije od druge polovine decenije:

> LG Chem koristi sulfide u čvrstim ćelijama. Komercijalizacija čvrstog elektrolita ne prije 2028

Uvodna fotografija: Litijum dendriti se formiraju na elektrodi mikroskopske litijum-jonske ćelije. Velika tamna figura na vrhu je druga elektroda. Početni "mjehurić" litijumovih atoma u nekom trenutku puca, stvarajući "brk" koji je osnova dendrita u nastajanju (c) PNNL Unplugged / YouTube:

Ovo vas može zanimati: