Kas vedelkristallid elektrolüütidena liitiumioonakudes võimaldavad luua stabiilseid liitiummetallielemente?
Sisu
Carnegie Melloni ülikooli huvitav uuring. Teadlased on teinud ettepaneku kasutada liitiumioonelementides vedelkristalle, et suurendada nende energiatihedust, stabiilsust ja laadimisvõimet. Tööd pole veel edenenud, seega ootame nende valmimist vähemalt viis aastat – kui vähegi võimalik.
Vedelkristallid on ekraane muutnud, nüüd võivad need akusid aidata
Sisukord
- Vedelkristallid on ekraane muutnud, nüüd võivad need akusid aidata
- Vedelkristallid kui nipp vedel-tahke elektrolüüdi saamiseks
Lühidalt: liitiumioonelementide tootjad püüavad praegu suurendada elementide energiatihedust, säilitades või parandades elementide jõudlust, sealhulgas näiteks stabiilsuse parandamist suurema laadimisvõimsuse korral. Idee on muuta akud kergemaks, ohutumaks ja kiiremaks laadimiseks. Natuke nagu kiire-odav-hea kolmnurk.
Üheks võimaluseks rakkude erienergiat oluliselt tõsta (1,5-3 korda) on liitiummetallist (Li-metal) valmistatud anoodide kasutamine.... Mitte süsinik või räni, nagu varem, vaid liitium, element, mis vastutab otseselt raku mahutavuse eest. Probleem on selles, et selle paigutusega tekivad kiiresti liitiumdendriidid, metallist väljaulatuvad osad, mis aja jooksul ühendavad kaks elektroodi, kahjustades neid.
Vedelkristallid kui nipp vedel-tahke elektrolüüdi saamiseks
Praegu käib töö anoodide pakendamiseks erinevatesse materjalidesse, et moodustada väliskest, mis võimaldab liitiumioonide voolu, kuid ei lase tahketel struktuuridel kasvada. Probleemi potentsiaalne lahendus on ka tahke elektrolüüdi kasutamine – sein, millest dendriidid läbi ei pääse.
Carnegie Melloni ülikooli teadlased võtsid teistsuguse lähenemisviisi: nad tahavad jääda tõestatud vedelate elektrolüütide juurde, kuid põhinevad vedelkristallidel. Vedelkristallid on struktuurid, mis on vedeliku ja kristallide vahel poolel teel, st korrapärase struktuuriga tahked ained. Vedelkristallid on vedelad, kuid nende molekulid on väga järjestatud (allikas).
Molekulaarsel tasandil on vedelkristallelektrolüüdi struktuur lihtsalt kristalne struktuur ja seega blokeerib dendriitide kasvu. Kuid ikkagi on tegemist vedelikuga, see tähendab faasiga, mis võimaldab ioonidel elektroodide vahel voolata. Dendriidi kasv on blokeeritud, koormused peavad voolama.
Seda ei ole uuringus mainitud, kuid vedelkristallidel on veel üks oluline omadus: kui neile on pinge pandud, saab neid teatud järjekorda seada (nagu näete näiteks vaadates neid sõnu ja musta värvi piiri tähed ja hele taust). Seega võib juhtuda, et kui element laadima hakkab, asetsevad vedelkristalli molekulid erineva nurga all ja "kraabivad" elektroodidelt dendriitide ladestusi.
Visuaalselt sarnaneb see klappide sulgemisega, näiteks ventilatsiooniavas.
Olukorra negatiivne külg on see Carnegie Melloni ülikool on just alustanud uute elektrolüütide uurimist... On juba teada, et nende stabiilsus on madalam kui tavalistel vedelatel elektrolüütidel. Rakkude lagunemine toimub kiiremini ja see ei ole suund, mis meid huvitab. Siiski on võimalik, et aja jooksul probleem laheneb. Veelgi enam, me ei oota tahkisühendite ilmumist varem kui kümnendi teisel poolel:
> LG Chem kasutab tahkisrakkudes sulfiide. Tahke elektrolüüdi turustamine mitte varem kui 2028. aastal
Sissejuhatav foto: Liitiumdendriidid tekivad mikroskoopilise liitiumioonelemendi elektroodil. Peal olev suur tume kujund on teine elektrood. Liitiumi aatomite esialgne "mull" tõuseb mingil hetkel, luues "vurrud", mis on tekkiva dendriidi (c) aluseks PNNL Unplugged / YouTube:
See võib teile huvi pakkuda:
