Ще направят ли течните кристали като електролити в литиево-йонните батерии възможно създаването на стабилни литиево-метални клетки?

Интересно изследване на университета Карнеги Мелън. Учените предложиха използването на течни кристали в литиево-йонни клетки, за да се увеличи тяхната енергийна плътност, стабилност и капацитет за зареждане. Работата все още не е напреднала, така че ще чакаме поне пет години за завършването им - ако изобщо е възможно.

Течните кристали революционизираха дисплеите, сега могат да помогнат на батериите

Таблица на съдържанието

• Течните кристали революционизираха дисплеите, сега могат да помогнат на батериите
  • Течните кристали като трик за получаване на течно-твърд електролит

Накратко: производителите на литиево-йонни клетки в момента се стремят да увеличат енергийната плътност на клетките, като същевременно поддържат или подобряват производителността на клетките, включително, например, подобряване на стабилността при по-високи мощности на зареждане. Идеята е батериите да станат по-леки, по-безопасни и по-бързи за презареждане. Малко като триъгълника бързо-евтино-добро.

Един от начините за значително увеличаване на специфичната енергия на клетките (с 1,5-3 пъти) е използването на литиеви метални аноди (Li-metal).... Не въглерод или силиций, както преди, а литий, елемент, който е пряко отговорен за капацитета на клетката. Проблемът е, че тази подредба бързо развива литиеви дендрити, метални издатини, които с течение на времето свързват двата електрода, увреждайки ги.

Течните кристали като трик за получаване на течно-твърд електролит

В момента се работи за опаковане на анодите в различни материали, за да се образува външна обвивка, която позволява потока на литиеви йони, но не позволява растеж на твърди структури. Потенциално решение на проблема е и използването на твърд електролит – стена, през която дендритите не могат да проникнат.

Учените от университета Карнеги Мелън предприеха различен подход: искат да останат с доказани течни електролити, но на базата на течни кристали. Течните кристали са структури, които са по средата между течност и кристали, тоест твърди тела с подредена структура. Течните кристали са течни, но техните молекули са силно подредени (източник).

На молекулярно ниво структурата на течния кристален електролит е просто кристална структура и по този начин блокира растежа на дендритите. Все още обаче имаме работа с течност, тоест фаза, която позволява на йони да протичат между електродите. Растежът на дендритите е блокиран, товарите трябва да текат.

Това не се споменава в изследването, но течните кристали имат друга важна характеристика: след като към тях се приложи напрежение, те могат да бъдат подредени в определен ред (както можете да видите, например, като погледнете тези думи и границата между черните букви и светъл фон). Така че може да се случи, че когато клетката започне да се зарежда, молекулите на течните кристали ще бъдат позиционирани под различен ъгъл и ще "остържат" дендритните отлагания от електродите.

Визуално това ще наподобява затварянето на клапите, да речем, във вентилационния отвор.

Недостатъкът на ситуацията е това Университетът Карнеги Мелън току-що започна изследване на нови електролити... Вече е известно, че тяхната стабилност е по-ниска от тази на конвенционалните течни електролити. Разграждането на клетките става по-бързо и това не е посоката, която ни интересува. Възможно е обаче с течение на времето проблемът да бъде разрешен. Освен това не очакваме появата на съединения в твърдо състояние по-рано от втората половина на десетилетието:

> LG Chem използва сулфиди в твърди клетки. Комерсиализация на твърдия електролит не по-рано от 2028 г

Въвеждаща снимка: Литиевите дендрити се образуват върху електрода на микроскопична литиево-йонна клетка. Голямата тъмна фигура отгоре е вторият електрод. Първоначалният „балон“ от литиеви атоми се изстрелва в даден момент, създавайки „мустаци“, които са в основата на възникващия дендрит (c) PNNL Unplugged / YouTube:

Това може да ви заинтересува: