A folyadékkristályok elektrolitként a lítium-ion akkumulátorokban lehetővé teszik-e stabil lítium fémcellák létrehozását?
Tartalom
Érdekes tanulmány a Carnegie Mellon Egyetemtől. A tudósok azt javasolták, hogy folyadékkristályokat alkalmazzanak lítium-ion cellákban az energiasűrűség, a stabilitás és a töltési kapacitás növelésére. A munka még nem haladt előre, így legalább öt évet várunk a befejezésükre - ha lehet.
A folyadékkristályok forradalmasították a kijelzőket, most már segíthetik az akkumulátorokat
tartalomjegyzék
- A folyadékkristályok forradalmasították a kijelzőket, most már segíthetik az akkumulátorokat
- Folyékony kristályok, mint trükk folyadék-szilárd elektrolit előállítására
Röviden: a lítium-ion cellák gyártói jelenleg arra törekednek, hogy növeljék a cellák energiasűrűségét, miközben fenntartják vagy javítják a cella teljesítményét, beleértve például a stabilitás javítását nagyobb töltési teljesítmény mellett. Az ötlet az, hogy az akkumulátorokat könnyebbé, biztonságosabbá és gyorsabbá tegyük. Kicsit olyan, mint a gyors-olcsó-jó háromszög.
A cellák fajlagos energiájának jelentős (1,5-3-szoros) növelésének egyik módja a lítium fém anódok (Li-metal) alkalmazása.... Nem szén vagy szilícium, mint korábban, hanem lítium, egy olyan elem, amely közvetlenül felelős a cella kapacitásáért. A probléma az, hogy ez az elrendezés gyorsan fejleszti a lítium-dendriteket, fém kiemelkedéseket, amelyek idővel összekötik a két elektródát, károsítva azokat.
Folyékony kristályok, mint trükk folyadék-szilárd elektrolit előállítására
Jelenleg folyik a munka az anódok különböző anyagokba történő csomagolásán, hogy olyan külső héjat alkossanak, amely lehetővé teszi a lítium-ionok áramlását, de nem engedi a szilárd szerkezetek növekedését. A probléma lehetséges megoldása egy szilárd elektrolit – egy fal, amelyen a dendritek nem tudnak áthatolni – használata.
A Carnegie Mellon Egyetem tudósai más megközelítést alkalmaztak: a bevált folyékony elektrolitoknál akarnak maradni, de folyadékkristályokon alapulnak. A folyadékkristályok olyan szerkezetek, amelyek félúton vannak a folyadék és a kristály között, vagyis rendezett szerkezetű szilárd anyagok. A folyadékkristályok folyékonyak, de molekuláik erősen rendezettek (forrás).
Molekuláris szinten a folyadékkristályos elektrolit szerkezete csak egy kristályos szerkezet, és így blokkolja a dendritek növekedését. Azonban még mindig egy folyadékkal van dolgunk, vagyis egy olyan fázissal, amely lehetővé teszi az ionok áramlását az elektródák között. A dendrit növekedése blokkolva van, a terhelésnek folynia kell.
Erről a tanulmány nem tesz említést, de a folyadékkristályoknak van egy másik fontos tulajdonsága is: ha egyszer feszültséget kapcsolnak rájuk, akkor bizonyos sorrendbe rendezhetők (amint például láthatja, ha megnézi ezeket a szavakat és a fekete határvonalat betűk és világos háttér). Így előfordulhat, hogy amikor a cella töltődni kezd, a folyadékkristály-molekulák más szögben helyezkednek el, és "lekaparják" a dendrites lerakódásokat az elektródákról.
Vizuálisan ez a szárnyak bezárásához fog hasonlítani, mondjuk a szellőzőnyílásban.
A helyzet hátulütője az A Carnegie Mellon Egyetem nemrég kezdte meg az új elektrolitok kutatását... Az már ismert, hogy stabilitásuk alacsonyabb, mint a hagyományos folyékony elektrolitoké. A sejtlebomlás gyorsabban megy végbe, és ez nem az az irány, ami minket érdekel. Lehetséges azonban, hogy idővel a probléma megoldódik. Sőt, a szilárdtestvegyületek megjelenésére nem számítunk korábban, mint az évtized második felében:
> Az LG Chem szulfidokat használ szilárdtest cellákban. A szilárd elektrolit kereskedelmi forgalomba hozatala legkorábban 2028
Bevezető fotó: Lítium-dendritek képződnek egy mikroszkopikus méretű lítium-ion cella elektródáján. A tetején lévő nagy sötét alak a második elektróda. A lítiumatomok kezdeti "buboréka" valamikor felpattan, és egy "bajusz" keletkezik, amely a feltörekvő dendrit alapja (c) PNNL Unplugged / YouTube:
Ez érdekelheti:
