Adakah kristal cecair sebagai elektrolit dalam bateri litium-ion memungkinkan untuk mencipta sel logam litium yang stabil?

Kajian menarik oleh Universiti Carnegie Mellon. Para saintis telah mencadangkan menggunakan kristal cecair dalam sel litium-ion untuk meningkatkan ketumpatan tenaga, kestabilan dan kapasiti pengecasannya. Kerja itu belum lagi maju, jadi kami akan menunggu sekurang-kurangnya lima tahun untuk siap - jika boleh.

Kristal cecair telah merevolusikan paparan, kini ia boleh membantu bateri

jadual kandungan

• Kristal cecair telah merevolusikan paparan, kini ia boleh membantu bateri
  • Kristal cecair sebagai helah untuk mendapatkan elektrolit cecair-pepejal

Ringkasnya: pengeluar sel litium-ion sedang berusaha untuk meningkatkan ketumpatan tenaga sel sambil mengekalkan atau meningkatkan prestasi sel, termasuk, sebagai contoh, meningkatkan kestabilan pada kuasa pengecasan yang lebih tinggi. Ideanya adalah untuk menjadikan bateri lebih ringan, lebih selamat dan lebih pantas untuk dicas semula. Sedikit seperti segi tiga cepat-murah-baik.

Salah satu cara untuk meningkatkan tenaga spesifik sel dengan ketara (sebanyak 1,5-3 kali ganda) ialah penggunaan anod yang diperbuat daripada logam litium (Li-metal).... Bukan karbon atau silikon, seperti dahulu, tetapi litium, unsur yang bertanggungjawab secara langsung ke atas kapasiti sel. Masalahnya ialah susunan ini dengan cepat membangunkan dendrit litium, tonjolan logam yang dari masa ke masa menyambung kedua-dua elektrod, merosakkannya.

Kristal cecair sebagai helah untuk mendapatkan elektrolit cecair-pepejal

Kerja sedang dijalankan untuk membungkus anod dalam pelbagai bahan untuk membentuk cangkerang luar yang membolehkan aliran ion litium tetapi tidak membenarkan struktur pepejal berkembang. Penyelesaian yang berpotensi untuk masalah ini juga adalah penggunaan elektrolit pepejal - dinding yang tidak dapat menembusi dendrit.

Para saintis di Carnegie Mellon University mengambil pendekatan yang berbeza: mereka mahu kekal dengan elektrolit cecair yang terbukti, tetapi berdasarkan kristal cecair. Hablur cecair ialah struktur yang berada di tengah-tengah antara cecair dan kristal, iaitu pepejal dengan struktur tersusun. Kristal cecair adalah cecair, tetapi molekulnya sangat teratur (sumber).

Pada peringkat molekul, struktur elektrolit kristal cecair hanyalah struktur kristal dan dengan itu menyekat pertumbuhan dendrit. Walau bagaimanapun, kita masih berurusan dengan cecair, iaitu fasa yang membolehkan ion mengalir di antara elektrod. Pertumbuhan dendrit disekat, beban mesti mengalir.

Ini tidak disebut dalam kajian, tetapi kristal cecair mempunyai satu lagi ciri penting: apabila voltan digunakan padanya, ia boleh disusun dalam susunan tertentu (seperti yang anda lihat, sebagai contoh, dengan melihat perkataan ini dan sempadan antara hitam huruf dan latar belakang yang terang). Jadi mungkin berlaku apabila sel mula mengecas, molekul kristal cecair akan diletakkan pada sudut yang berbeza dan "mengikis" mendapan dendritik daripada elektrod.

Secara visual, ini akan menyerupai penutupan kepak, katakan, dalam lubang pengudaraan.

Kelemahan keadaan itu ialah Universiti Carnegie Mellon baru sahaja memulakan penyelidikan tentang elektrolit baharu... Telah diketahui bahawa kestabilan mereka lebih rendah daripada elektrolit cecair konvensional. Degradasi sel berlaku lebih cepat, dan ini bukan arah yang menarik minat kita. Walau bagaimanapun, ada kemungkinan bahawa dari masa ke masa masalah itu akan diselesaikan. Selain itu, kami tidak menjangkakan penampilan sebatian keadaan pepejal lebih awal daripada separuh kedua dekad:

> LG Chem menggunakan sulfida dalam sel keadaan pepejal. Pengkomersilan elektrolit pepejal tidak lebih awal daripada 2028

Foto pengenalan: Litium dendrit terbentuk pada elektrod sel litium-ion mikroskopik. Angka gelap yang besar di atas adalah elektrod kedua. "Gelembung" awal atom litium memancar pada satu ketika, menghasilkan "kumis" yang menjadi asas kepada dendrit yang muncul (c) PNNL Unplugged / YouTube:

Ini mungkin menarik minat anda: