Sal vloeibare kristalle as elektroliete in litiumioonbatterye dit moontlik maak om stabiele litiummetaalselle te skep?

'n Interessante studie deur Carnegie Mellon Universiteit. Wetenskaplikes het voorgestel om vloeibare kristalle in litium-ioonselle te gebruik om hul energiedigtheid, stabiliteit en laaikapasiteit te verhoog. Die werk het nog nie gevorder nie, so ons sal ten minste vyf jaar wag vir die voltooiing daarvan - indien enigsins moontlik.

Vloeibare kristalle het skerms 'n rewolusie teweeggebring, nou kan hulle batterye help

Inhoudsopgawe

• Vloeibare kristalle het skerms 'n rewolusie teweeggebring, nou kan hulle batterye help
  • Vloeibare kristalle as 'n truuk om 'n vloeistof-vaste elektroliet te verkry

Kortom: litium-ioonselvervaardigers poog tans om die energiedigtheid van selle te verhoog terwyl selwerkverrigting gehandhaaf of verbeter word, insluitend, byvoorbeeld, die verbetering van stabiliteit by hoër laaikragte. Die idee is om batterye ligter, veiliger en vinniger te maak om te herlaai. 'n Bietjie soos die vinnig-goedkoop-goeie driehoek.

Een van die maniere om die spesifieke energie van selle aansienlik te verhoog (met 1,5-3 keer) is die gebruik van anodes gemaak van litiummetaal (Li-metaal).... Nie koolstof of silikon, soos voorheen nie, maar litium, 'n element wat direk verantwoordelik is vir die sel se kapasiteit. Die probleem is dat hierdie rangskikking vinnig litiumdendriete ontwikkel, metaaluitsteeksels wat met verloop van tyd die twee elektrodes verbind en hulle beskadig.

Vloeibare kristalle as 'n truuk om 'n vloeistof-vaste elektroliet te verkry

Daar word tans gewerk om anodes in verskeie materiale te verpak om 'n buitenste dop te vorm wat die vloei van litiumione toelaat, maar nie soliede strukture laat groei nie. ’n Potensiële oplossing vir die probleem is ook die gebruik van ’n soliede elektroliet – ’n muur waardeur die dendriete nie kan penetreer nie.

Wetenskaplikes aan die Carnegie Mellon Universiteit het 'n ander benadering gevolg: hulle wil by bewese vloeibare elektroliete bly, maar gebaseer op vloeibare kristalle. Vloeibare kristalle is strukture wat halfpad tussen vloeistof en kristalle is, dit wil sê vaste stowwe met 'n geordende struktuur. Vloeibare kristalle is vloeibaar, maar hul molekules is hoogs georden (bron).

Op molekulêre vlak is die struktuur van 'n vloeibare kristalelektroliet net 'n kristallyne struktuur en blokkeer dus die groei van dendriete. Ons het egter steeds met 'n vloeistof te doen, dit wil sê 'n fase wat ione tussen die elektrodes laat vloei. Dendrietgroei word geblokkeer, vragte moet vloei.

Dit word nie in die studie genoem nie, maar vloeibare kristalle het nog 'n belangrike kenmerk: sodra spanning daarop toegepas word, kan hulle in 'n sekere volgorde gerangskik word (soos jy byvoorbeeld kan sien deur na hierdie woorde en die grens tussen swart te kyk letters en 'n ligte agtergrond). Dit kan dus gebeur dat wanneer die sel begin laai, die vloeibare kristalmolekules teen 'n ander hoek geposisioneer sal word en dendritiese neerslae van die elektrodes sal "skraap".

Visueel sal dit lyk soos die sluiting van die kleppe, byvoorbeeld, in die ventilasiegat.

Die nadeel van die situasie is dat Carnegie Mellon Universiteit het pas begin met navorsing oor nuwe elektroliete... Dit is reeds bekend dat hul stabiliteit laer is as dié van konvensionele vloeibare elektroliete. Seldegradasie vind vinniger plaas, en dit is nie die rigting wat ons interesseer nie. Dit is egter moontlik dat die probleem mettertyd opgelos sal word. Boonop verwag ons nie die voorkoms van vastestofverbindings vroeër as die tweede helfte van die dekade nie:

> LG Chem gebruik sulfiede in vaste toestandselle. Kommersialisering van vaste elektroliet nie vroeër as 2028 nie

Inleidende foto: Litiumdendriete word op die elektrode van 'n mikroskopiese litiumioonsel gevorm. Die groot donker figuur bo-op is die tweede elektrode. Die aanvanklike "borrel" van litiumatome skiet op 'n sekere punt op en skep 'n "snor" wat die basis is van die opkomende dendriet (c) PNNL Unplugged / YouTube:

Dit kan jou interesseer: