Οι υγροί κρύσταλλοι ως ηλεκτρολύτες σε μπαταρίες ιόντων λιθίου θα επιτρέψουν τη δημιουργία σταθερών στοιχείων λιθίου-μετάλλου;
περιεχόμενο
Μια ενδιαφέρουσα μελέτη από το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon. Οι επιστήμονες έχουν προτείνει τη χρήση υγρών κρυστάλλων σε κύτταρα ιόντων λιθίου για να αυξήσουν την ενεργειακή τους πυκνότητα, τη σταθερότητα και την ικανότητα φόρτισης. Οι εργασίες δεν έχουν προχωρήσει ακόμη, οπότε θα περιμένουμε τουλάχιστον πέντε χρόνια για την ολοκλήρωσή τους - αν είναι δυνατόν.
Οι υγροί κρύσταλλοι έχουν φέρει επανάσταση στις οθόνες, τώρα μπορούν να βοηθήσουν τις μπαταρίες
πίνακας περιεχομένων
- Οι υγροί κρύσταλλοι έχουν φέρει επανάσταση στις οθόνες, τώρα μπορούν να βοηθήσουν τις μπαταρίες
- Υγροί κρύσταλλοι ως κόλπο για να αποκτήσετε έναν ηλεκτρολύτη υγρού-στερεού
Εν ολίγοις, οι κατασκευαστές κυψελών ιόντων λιθίου προσπαθούν επί του παρόντος να αυξήσουν την ενεργειακή πυκνότητα των κυττάρων διατηρώντας ή βελτιώνοντας την απόδοση των κυττάρων, συμπεριλαμβανομένης, για παράδειγμα, της βελτιωμένης σταθερότητας σε υψηλότερες χωρητικότητες φόρτισης. Η ιδέα είναι να γίνουν οι μπαταρίες ελαφρύτερες, ασφαλέστερες και να επαναφορτίζονται πιο γρήγορα. Λίγο σαν ένα τρίγωνο γρήγορο-φτηνό-καλό.
Ένας από τους τρόπους για να αυξηθεί σημαντικά η ειδική ενέργεια των κυψελών (1,5-3 φορές) είναι η χρήση ανοδίων από μέταλλο λιθίου (Li-metal).. Όχι από άνθρακα ή πυρίτιο, όπως πριν, αλλά από λίθιο, ένα στοιχείο που ευθύνεται άμεσα για τη χωρητικότητα του στοιχείου. Το πρόβλημα είναι ότι αυτή η διάταξη αναπτύσσει γρήγορα δενδρίτες λιθίου, μεταλλικές προεξοχές που τελικά συνδέουν τα δύο ηλεκτρόδια, καταστρέφοντάς τα.
Υγροί κρύσταλλοι ως κόλπο για να αποκτήσετε έναν ηλεκτρολύτη υγρού-στερεού
Επί του παρόντος βρίσκονται σε εξέλιξη εργασίες για τη συσκευασία των ανοδίων σε διάφορα υλικά για να σχηματιστεί ένα εξωτερικό κέλυφος που επιτρέπει τη ροή ιόντων λιθίου αλλά δεν επιτρέπει την ανάπτυξη στερεών δομών. Μια πιθανή λύση στο πρόβλημα είναι επίσης η χρήση ενός στερεού ηλεκτρολύτη - ενός τοιχώματος μέσα από το οποίο οι δενδρίτες δεν μπορούν να διεισδύσουν.
Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon ακολούθησαν μια διαφορετική προσέγγιση: θέλουν να παραμείνουν με αποδεδειγμένους υγρούς ηλεκτρολύτες αλλά με βάση τους υγρούς κρυστάλλους. Οι υγροί κρύσταλλοι είναι δομές που βρίσκονται στη μέση μεταξύ υγρών και κρυστάλλων, δηλαδή στερεών με διατεταγμένη δομή. Οι υγροί κρύσταλλοι είναι υγροί, αλλά τα μόριά τους είναι πολύ ταξινομημένα (πηγή).
Σε μοριακό επίπεδο, η δομή του ηλεκτρολύτη υγρών κρυστάλλων είναι απλώς μια κρυσταλλική δομή και έτσι εμποδίζει την ανάπτυξη των δενδριτών. Ωστόσο, εξακολουθούμε να έχουμε να κάνουμε με ένα υγρό, δηλαδή μια φάση που επιτρέπει στα ιόντα να ρέουν μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η δενδριτική ανάπτυξη είναι μπλοκαρισμένη, τα φορτία πρέπει να ρέουν.
Η μελέτη δεν το αναφέρει αυτό, αλλά οι υγροί κρύσταλλοι έχουν ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό: αφού εφαρμόσουν τάση σε αυτούς, μπορούν να τακτοποιηθούν με μια συγκεκριμένη σειρά (όπως μπορείτε να δείτε, για παράδειγμα, κοιτάζοντας αυτές τις λέξεις και το όριο μεταξύ μαύρων γραμμάτων και ανοιχτού φόντου). Μπορεί λοιπόν να συμβεί όταν το κύτταρο αρχίσει να φορτίζεται, τα μόρια των υγρών κρυστάλλων να βρίσκονται σε διαφορετική γωνία και να «ξύνουν» τις δενδριτικές εναποθέσεις από τα ηλεκτρόδια.
Οπτικά, αυτό θα μοιάζει με το κλείσιμο των πτερυγίων, ας πούμε, σε έναν εξαερισμό.
Η άλλη πλευρά της κατάστασης είναι αυτή Το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon μόλις ξεκίνησε την έρευνα για νέους ηλεκτρολύτες. Είναι ήδη γνωστό ότι η σταθερότητά τους είναι χαμηλότερη από αυτή των συμβατικών υγρών ηλεκτρολυτών. Η αποικοδόμηση των κυττάρων είναι ταχύτερη και δεν είναι αυτή η κατεύθυνση που μας ενδιαφέρει. Ωστόσο, είναι πιθανό με την πάροδο του χρόνου να λυθεί το πρόβλημα. Επιπλέον, δεν αναμένουμε την εμφάνιση ενώσεων στερεάς κατάστασης πριν από το δεύτερο μισό της δεκαετίας:
> Η LG Chem χρησιμοποιεί σουλφίδια σε στοιχεία στερεάς κατάστασης. Εμπορευματοποίηση στερεού ηλεκτρολύτη όχι νωρίτερα από το 2028
Εισαγωγική φωτογραφία: Δενδρίτες λιθίου σχηματίζονται στο ηλεκτρόδιο μιας μικροσκοπικής κυψέλης ιόντων λιθίου. Η μεγάλη σκοτεινή φιγούρα στην κορυφή είναι το δεύτερο ηλεκτρόδιο. Η αρχική «φυσαλίδα» των ατόμων λιθίου εκτοξεύεται σε κάποιο σημείο, δημιουργώντας ένα «μουστάκι» που είναι η βάση του αναδυόμενου δενδρίτη (γ) PNNL Unplugged / YouTube:
Αυτό μπορεί να σας ενδιαφέρει:
