Cristalele lichide sub formă de electroliți în bateriile litiu-ion vor face posibilă crearea de celule stabile cu litiu metalic?
Conținut
Un studiu interesant al Universității Carnegie Mellon. Oamenii de știință au propus utilizarea cristalelor lichide în celulele cu ioni de litiu pentru a le crește densitatea energetică, stabilitatea și capacitatea de încărcare. Lucrările nu au avansat încă, așa că vom aștepta cel puțin cinci ani până la finalizarea lor - dacă este posibil.
Cristalele lichide au revoluționat afișajele, acum pot ajuta bateriile
Cuprins
- Cristalele lichide au revoluționat afișajele, acum pot ajuta bateriile
- Cristale lichide ca un truc pentru a obține un electrolit lichid-solid
Pe scurt: producătorii de celule cu litiu-ion caută în prezent să mărească densitatea energetică a celulelor, menținând sau îmbunătățind în același timp performanța celulelor, inclusiv, de exemplu, îmbunătățind stabilitatea la puteri de încărcare mai mari. Ideea este de a face bateriile mai ușoare, mai sigure și mai rapid de reîncărcat. Un pic ca triunghiul rapid-ieftin-bun.
Una dintre modalitățile de a crește semnificativ energia specifică a celulelor (de 1,5-3 ori) este utilizarea anozilor din litiu metalic (Li-metal).... Nu carbon sau siliciu, ca înainte, ci litiu, un element care este direct responsabil de capacitatea celulei. Problema este că acest aranjament dezvoltă rapid dendrite de litiu, proeminențe metalice care în timp leagă cei doi electrozi, deteriorându-i.
Cristale lichide ca un truc pentru a obține un electrolit lichid-solid
În prezent se lucrează la ambalarea anozilor în diverse materiale pentru a forma o înveliș exterioară care să permită fluxul ionilor de litiu, dar să nu permită creșterea structurilor solide. O soluție potențială a problemei este și utilizarea unui electrolit solid - un perete prin care dendritele nu pot pătrunde.
Oamenii de știință de la Universitatea Carnegie Mellon au adoptat o abordare diferită: vor să rămână cu electroliți lichidi dovediți, dar pe baza de cristale lichide. Cristalele lichide sunt structuri care se află la jumătatea distanței dintre lichid și cristale, adică solide cu o structură ordonată. Cristalele lichide sunt lichide, dar moleculele lor sunt foarte ordonate (sursa).
La nivel molecular, structura unui electrolit cu cristale lichide este doar o structură cristalină și astfel blochează creșterea dendritelor. Totuși, încă avem de-a face cu un lichid, adică cu o fază care permite circulația ionilor între electrozi. Creșterea dendritei este blocată, sarcinile trebuie să curgă.
Acest lucru nu este menționat în studiu, dar cristalele lichide au o altă caracteristică importantă: odată ce le este aplicată tensiune, ele pot fi aranjate într-o anumită ordine (cum puteți vedea, de exemplu, privind aceste cuvinte și granița dintre negru). litere și un fundal deschis). Așa că se poate întâmpla ca atunci când celula începe să se încarce, moleculele de cristale lichide să fie poziționate la un unghi diferit și să „răzuie” depozitele dendritice de la electrozi.
Din punct de vedere vizual, aceasta va semăna cu închiderea clapetelor, să zicem, în orificiul de ventilație.
Dezavantajul situației este că Universitatea Carnegie Mellon tocmai a început cercetările cu privire la noi electroliți... Se știe deja că stabilitatea lor este mai mică decât cea a electroliților lichizi convenționali. Degradarea celulelor are loc mai rapid și nu aceasta este direcția care ne interesează. Cu toate acestea, este posibil ca în timp problema să fie rezolvată. Mai mult, nu ne așteptăm la apariția compușilor în stare solidă mai devreme de a doua jumătate a deceniului:
> LG Chem folosește sulfuri în celulele în stare solidă. Comercializarea electrolitului solid nu mai devreme de 2028
Fotografie introductivă: Dendritele de litiu se formează pe electrodul unei celule microscopice cu ioni de litiu. Figura mare întunecată de deasupra este al doilea electrod. „Bula” inițială a atomilor de litiu se ridică la un moment dat, creând o „mustă” care stă la baza dendritei emergente (c) PNNL Unplugged / YouTube:
Acest lucru vă poate interesa:
