Vil flytende krystaller som elektrolytter i litiumionbatterier gjøre det mulig å lage stabile litiummetallceller?
Innhold
En interessant studie fra Carnegie Mellon University. Forskere har foreslått å bruke flytende krystaller i litiumionceller for å øke deres energitetthet, stabilitet og ladekapasitet. Arbeidet har ennå ikke kommet videre, så vi vil vente i minst fem år på at de er ferdige - hvis det er mulig.
Flytende krystaller har revolusjonert skjermer, nå kan de hjelpe batterier
innholdsfortegnelsen
- Flytende krystaller har revolusjonert skjermer, nå kan de hjelpe batterier
- Flytende krystaller som et triks for å få en flytende-fast elektrolytt
Kort sagt: Litiumioncelleprodusenter søker for tiden å øke energitettheten til cellene samtidig som de opprettholder eller forbedrer celleytelsen, inkludert for eksempel å forbedre stabiliteten ved høyere ladeeffekter. Tanken er å gjøre batteriene lettere, tryggere og raskere å lade opp. Litt som fort-billig-bra trekanten.
En av måtene å øke den spesifikke energien til celler betydelig (med 1,5-3 ganger) er bruken av anoder laget av litiummetall (Li-metall).... Ikke karbon eller silisium, som før, men litium, et grunnstoff som er direkte ansvarlig for cellens kapasitet. Problemet er at dette arrangementet raskt utvikler litiumdendritter, metallfremspring som over tid forbinder de to elektrodene og skader dem.
Flytende krystaller som et triks for å få en flytende-fast elektrolytt
Det pågår for tiden arbeid med å pakke anoder i ulike materialer for å danne et ytre skall som tillater flyt av litiumioner, men som ikke lar faste strukturer vokse. En potensiell løsning på problemet er også bruken av en solid elektrolytt - en vegg som dendrittene ikke kan trenge gjennom.
Forskere ved Carnegie Mellon University tok en annen tilnærming: de ønsker å bo med påviste flytende elektrolytter, men basert på flytende krystaller. Flytende krystaller er strukturer som er halvveis mellom væske og krystaller, det vil si faste stoffer med en ordnet struktur. Flytende krystaller er flytende, men molekylene deres er høyt ordnet (kilde).
På molekylært nivå er strukturen til en flytende krystallelektrolytt bare en krystallinsk struktur og blokkerer dermed veksten av dendritter. Vi har imidlertid fortsatt å gjøre med en væske, det vil si en fase som lar ioner strømme mellom elektrodene. Dendrittvekst er blokkert, laster må flyte.
Dette er ikke nevnt i studien, men flytende krystaller har en annen viktig funksjon: når spenningen er påført dem, kan de ordnes i en bestemt rekkefølge (som du for eksempel kan se ved å se på disse ordene og grensen mellom svart bokstaver og lys bakgrunn). Så det kan skje at når cellen begynner å lade, vil flytende krystallmolekylene bli plassert i en annen vinkel og "skrape" dendrittiske avleiringer fra elektrodene.
Visuelt vil dette ligne lukkingen av klaffene, for eksempel i ventilasjonshullet.
Ulempen med situasjonen er det Carnegie Mellon University har nettopp begynt forskning på nye elektrolytter... Det er allerede kjent at deres stabilitet er lavere enn for konvensjonelle flytende elektrolytter. Celledegradering skjer raskere, og det er ikke denne retningen som interesserer oss. Det er imidlertid mulig at problemet over tid vil bli løst. Dessuten forventer vi ikke utseendet til faststoffforbindelser tidligere enn andre halvdel av tiåret:
> LG Chem bruker sulfider i faststoffceller. Kommersialisering av solid elektrolytt tidligst i 2028
Introduksjonsfoto: Litiumdendritter dannes på elektroden til en mikroskopisk litiumioncelle. Den store mørke figuren på toppen er den andre elektroden. Den første "boblen" av litiumatomer skyter opp på et tidspunkt, og skaper en "whisker" som er grunnlaget for den nye dendritten (c) PNNL Unplugged / YouTube:
Dette kan interessere deg:
