Hoće li tekući kristali kao elektroliti u litij-ionskim baterijama omogućiti stvaranje stabilnih litij metalnih ćelija?

Zanimljivo istraživanje Sveučilišta Carnegie Mellon. Znanstvenici su predložili korištenje tekućih kristala u litij-ionskim ćelijama za povećanje njihove gustoće energije, stabilnosti i kapaciteta punjenja. Radovi još nisu odmakli, pa ćemo na njihov završetak - ako ikako bude moguće - čekati najmanje pet godina.

Tekući kristali revolucionirali su zaslone, sada mogu pomoći baterijama

pregled sadržaja

• Tekući kristali revolucionirali su zaslone, sada mogu pomoći baterijama
  • Tekući kristali kao trik za dobivanje tekućeg-čvrstog elektrolita

Ukratko: proizvođači litij-ionskih ćelija trenutno nastoje povećati energetsku gustoću stanica uz održavanje ili poboljšanje performansi stanica, uključujući, na primjer, poboljšanje stabilnosti pri većim snagama punjenja. Ideja je da baterije budu lakše, sigurnije i brže se pune. Pomalo kao trokut brzo-jeftino-dobro.

Jedan od načina za značajno povećanje specifične energije stanica (za 1,5-3 puta) je korištenje anoda izrađenih od metala litija (Li-metal).... Ne ugljik ili silicij, kao prije, nego litij, element koji je izravno odgovoran za kapacitet stanice. Problem je što ovaj raspored brzo razvija litijeve dendrite, metalne izbočine koje s vremenom spajaju dvije elektrode, oštećujući ih.

Tekući kristali kao trik za dobivanje tekućeg-čvrstog elektrolita

Trenutno se radi na pakiranju anoda u različite materijale kako bi se formirala vanjska ljuska koja omogućuje protok litijevih iona, ali ne dopušta rast čvrstih struktura. Potencijalno rješenje problema je i korištenje čvrstog elektrolita - stijenke kroz koju se dendriti ne mogu probiti.

Znanstvenici sa Sveučilišta Carnegie Mellon zauzeli su drugačiji pristup: žele ostati s provjerenim tekućim elektrolitima, ali na bazi tekućih kristala. Tekući kristali su strukture koje se nalaze na pola puta između tekućine i kristala, odnosno čvrste tvari s uređenom strukturom. Tekući kristali su tekući, ali su njihove molekule visoko uređene (izvor).

Na molekularnoj razini, struktura elektrolita s tekućim kristalima je samo kristalna struktura i tako blokira rast dendrita. Međutim, još uvijek imamo posla s tekućinom, odnosno fazom koja omogućuje protok iona između elektroda. Rast dendrita je blokiran, teret mora teći.

To se ne spominje u studiji, ali tekući kristali imaju još jednu važnu značajku: kada se na njih primijeni napon, mogu se poredati određenim redoslijedom (kao što možete vidjeti, na primjer, gledajući ove riječi i granicu između crne boje slova i svijetla pozadina). Stoga se može dogoditi da kada se ćelija počne puniti, molekule tekućih kristala će biti postavljene pod drugačijim kutom i "strugati" dendritske naslage s elektroda.

Vizualno će to nalikovati zatvaranju zaklopki, recimo, u ventilacijskom otvoru.

Loša strana situacije je to Sveučilište Carnegie Mellon upravo je započelo istraživanje novih elektrolita... Već je poznato da je njihova stabilnost niža od stabilnosti konvencionalnih tekućih elektrolita. Degradacija stanica se događa brže, a to nije smjer koji nas zanima. Međutim, moguće je da će s vremenom problem biti riješen. Štoviše, ne očekujemo pojavu spojeva u čvrstom stanju prije druge polovice desetljeća:

> LG Chem koristi sulfide u čvrstim stanicama. Komercijalizacija krutih elektrolita ne prije 2028

Uvodna fotografija: Litijevi dendriti nastaju na elektrodi mikroskopske litij-ionske ćelije. Velika tamna slika na vrhu je druga elektroda. Početni "mjehurić" atoma litija puca u nekoj točki, stvarajući "brkove" koji su osnova dendrita u nastajanju (c) PNNL Unplugged / YouTube:

Ovo bi vas moglo zanimati: