Mahdollistavatko nestekiteet elektrolyytteinä litiumioniakuissa stabiilien litiummetallikennojen luomisen?
Pitoisuus
Mielenkiintoinen tutkimus Carnegie Mellonin yliopistolta. Tutkijat ovat ehdottaneet nestekiteiden käyttöä litiumionikennoissa niiden energiatiheyden, vakauden ja latauskapasiteetin lisäämiseksi. Työt eivät ole vielä edenneet, joten odotamme niiden valmistumista vähintään viisi vuotta - jos suinkin mahdollista.
Nestekiteet ovat mullistaneet näytöt, ja nyt ne voivat auttaa akkuja
sisällysluettelo
- Nestekiteet ovat mullistaneet näytöt, ja nyt ne voivat auttaa akkuja
- Nestekiteet temppuna neste-kiinteän elektrolyytin saamiseksi
Lyhyesti sanottuna: litiumionikennojen valmistajat pyrkivät tällä hetkellä lisäämään kennojen energiatiheyttä samalla kun ne säilyttävät tai parantavat kennojen suorituskykyä, mukaan lukien esimerkiksi parantamalla vakautta suuremmilla lataustehoilla. Ajatuksena on tehdä akuista kevyempiä, turvallisempia ja nopeammin latautuvia. Vähän kuin nopea-halpa-hyvä kolmio.
Yksi tapa lisätä merkittävästi solujen ominaisenergiaa (1,5-3 kertaa) on litiummetallista (Li-metalli) valmistettujen anodien käyttö.... Ei hiiltä tai piitä, kuten ennen, vaan litiumia, alkuainetta, joka on suoraan vastuussa kennon kapasiteetista. Ongelmana on, että tämä järjestely kehittää nopeasti litiumdendriittejä, metalliulokkeita, jotka ajan myötä yhdistävät kaksi elektrodia ja vahingoittavat niitä.
Nestekiteet temppuna neste-kiinteän elektrolyytin saamiseksi
Parhaillaan on meneillään anodien pakkaaminen erilaisiin materiaaleihin ulkokuoren muodostamiseksi, joka sallii litiumionien virtauksen, mutta ei salli kiinteiden rakenteiden kasvamista. Mahdollinen ratkaisu ongelmaan on myös kiinteän elektrolyytin käyttö - seinä, jonka läpi dendriitit eivät pääse tunkeutumaan.
Carnegie Mellonin yliopiston tutkijat omaksuivat toisenlaisen lähestymistavan: he haluavat pysyä todistetuissa nestemäisissä elektrolyyteissä, mutta perustuvat nestekiteisiin. Nestekiteet ovat rakenteita, jotka ovat nesteen ja kiteiden puolivälissä, eli kiinteitä aineita, joilla on järjestetty rakenne. Nestekiteet ovat nestemäisiä, mutta niiden molekyylit ovat erittäin järjestäytyneitä (lähde).
Molekyylitasolla nestekideelektrolyytin rakenne on vain kiderakenne ja estää siten dendriittien kasvun. Kyseessä on kuitenkin edelleen neste, eli faasi, joka sallii ionien virrata elektrodien välillä. Dendriitin kasvu on estetty, kuormien täytyy virrata.
Tätä ei mainita tutkimuksessa, mutta nestekiteillä on toinen tärkeä ominaisuus: kun niihin on kytketty jännite, ne voidaan järjestää tiettyyn järjestykseen (kuten näet esimerkiksi katsomalla näitä sanoja ja mustan välistä rajaa kirjaimet ja vaalea tausta). Joten voi käydä niin, että kun kenno alkaa latautua, nestekidemolekyylit asettuvat eri kulmaan ja "raapuvat" dendriittikerrostumia elektrodeilta.
Visuaalisesti tämä muistuttaa läppien sulkemista esimerkiksi tuuletusaukossa.
Tilanteen huono puoli on se Carnegie Mellon University on juuri aloittanut uusien elektrolyyttien tutkimuksen... On jo tunnettua, että niiden stabiilisuus on pienempi kuin tavanomaisten nestemäisten elektrolyyttien. Solujen hajoaminen tapahtuu nopeammin, eikä tämä suunta ole kiinnostava. On kuitenkin mahdollista, että ajan myötä ongelma ratkeaa. Lisäksi emme odota kiinteän olomuodon yhdisteiden ilmaantumista aikaisemmin kuin vuosikymmenen toisella puoliskolla:
> LG Chem käyttää sulfideja kiinteässä olomuodossa. Kiinteiden elektrolyyttien kaupallistaminen aikaisintaan vuonna 2028
Johdantokuva: Litiumdendriittejä muodostuu mikroskooppisen litiumionikennon elektrodille. Päällä oleva suuri tumma hahmo on toinen elektrodi. Alkuperäinen litiumatomien "kupla" nousee jossain vaiheessa, jolloin syntyy "viiksi", joka on nousevan dendriitin perusta (c) PNNL Unplugged / YouTube:
Tämä saattaa kiinnostaa sinua:
