Ang mga likidong kristal ba bilang mga electrolyte sa mga baterya ng lithium-ion ay magiging posible na lumikha ng mga matatag na selula ng lithium metal?

Isang kawili-wiling pag-aaral ng Carnegie Mellon University. Iminungkahi ng mga siyentipiko ang paggamit ng mga likidong kristal sa mga cell ng lithium-ion upang mapataas ang kanilang density ng enerhiya, katatagan, at kapasidad sa pag-charge. Ang trabaho ay hindi pa sumusulong, kaya maghihintay kami ng hindi bababa sa limang taon para sa kanilang pagkumpleto - kung posible.

Binago ng mga likidong kristal ang mga display, ngayon ay makakatulong na sila sa mga baterya

Talaan ng nilalaman

• Binago ng mga likidong kristal ang mga display, ngayon ay makakatulong na sila sa mga baterya
  • Ang mga likidong kristal bilang isang panlilinlang upang makakuha ng isang likido-solid na electrolyte

Sa madaling salita: ang mga tagagawa ng lithium-ion cell ay kasalukuyang naghahangad na taasan ang density ng enerhiya ng mga cell habang pinapanatili o pinapabuti ang pagganap ng cell, kabilang ang, halimbawa, pagpapabuti ng katatagan sa mas mataas na kapangyarihan ng pagsingil. Ang ideya ay gawing mas magaan, mas ligtas, at mas mabilis na mag-recharge ang mga baterya. Medyo katulad ng fast-cheap-good triangle.

Ang isa sa mga paraan upang makabuluhang taasan ang tiyak na enerhiya ng mga cell (sa pamamagitan ng 1,5-3 beses) ay ang paggamit ng lithium metal anodes (Li-metal).... Hindi carbon o silicon, tulad ng dati, ngunit lithium, isang elemento na direktang responsable para sa kapasidad ng cell. Ang problema ay ang pag-aayos na ito ay mabilis na bumubuo ng mga lithium dendrite, mga metal na protrusions na sa paglipas ng panahon ay kumonekta sa dalawang electrodes, na nakakapinsala sa kanila.

Ang mga likidong kristal bilang isang panlilinlang upang makakuha ng isang likido-solid na electrolyte

Kasalukuyang isinasagawa ang trabaho upang i-package ang mga anode sa iba't ibang mga materyales upang bumuo ng isang panlabas na shell na nagpapahintulot sa daloy ng mga lithium ions ngunit hindi pinapayagan ang mga solidong istruktura na lumago. Ang isang potensyal na solusyon sa problema ay din ang paggamit ng isang solid electrolyte - isang pader kung saan ang mga dendrite ay hindi maaaring tumagos.

Ang mga siyentipiko sa Carnegie Mellon University ay kumuha ng ibang diskarte: gusto nilang manatili sa mga napatunayang likidong electrolyte, ngunit batay sa mga likidong kristal. Ang mga likidong kristal ay mga istruktura na nasa kalahati sa pagitan ng likido at mga kristal, iyon ay, mga solido na may nakaayos na istraktura. Ang mga likidong kristal ay likido, ngunit ang kanilang mga molekula ay lubos na inayos (pinagmulan).

Sa antas ng molekular, ang istraktura ng isang likidong kristal na electrolyte ay isang kristal na istraktura lamang at sa gayon ay hinaharangan ang paglaki ng mga dendrite. Gayunpaman, nakikipag-usap pa rin tayo sa isang likido, iyon ay, isang yugto na nagpapahintulot sa mga ions na dumaloy sa pagitan ng mga electrodes. Ang paglago ng dendrite ay naharang, ang mga naglo-load ay dapat dumaloy.

Hindi ito binanggit sa pag-aaral, ngunit ang mga likidong kristal ay may isa pang mahalagang tampok: kapag ang boltahe ay inilapat sa kanila, maaari silang ayusin sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod (tulad ng makikita mo, halimbawa, sa pamamagitan ng pagtingin sa mga salitang ito at sa hangganan sa pagitan ng itim. mga titik at isang maliwanag na background). Kaya't maaaring mangyari na kapag ang cell ay nagsimulang mag-charge, ang mga likidong kristal na molekula ay ipoposisyon sa ibang anggulo at "mag-scrape" ng mga dendritik na deposito mula sa mga electrodes.

Sa paningin, ito ay magiging katulad ng pagsasara ng mga flaps, halimbawa, sa butas ng bentilasyon.

Ang downside ng sitwasyon ay iyon Ang Carnegie Mellon University ay nagsimula pa lamang ng pananaliksik sa mga bagong electrolytes... Alam na na ang kanilang katatagan ay mas mababa kaysa sa maginoo na likidong electrolytes. Ang pagkasira ng cell ay nangyayari nang mas mabilis, at hindi ito ang direksyon na interesado tayo. Gayunpaman, posible na sa paglipas ng panahon ay malulutas ang problema. Bukod dito, hindi namin inaasahan ang hitsura ng mga solid-state compound nang mas maaga kaysa sa ikalawang kalahati ng dekada:

> Gumagamit ang LG Chem ng mga sulfide sa mga solid state na cell. Solid electrolyte commercialization hindi mas maaga kaysa sa 2028

Panimulang larawan: Ang mga lithium dendrite ay nabuo sa electrode ng isang microscopic lithium-ion cell. Ang malaking madilim na pigura sa itaas ay ang pangalawang elektrod. Ang paunang "bubble" ng lithium atoms ay sumibol sa isang punto, na lumilikha ng isang "whisker" na siyang batayan ng umuusbong na dendrite (c) PNNL Unplugged / YouTube:

Ito ay maaaring interesado ka: