Ali bodo tekoči kristali kot elektroliti v litij-ionskih baterijah omogočili ustvarjanje stabilnih kovinskih litijevih celic?
Vsebina
Zanimiva raziskava univerze Carnegie Mellon. Znanstveniki so predlagali uporabo tekočih kristalov v litij-ionskih celicah za povečanje njihove energijske gostote, stabilnosti in zmogljivosti polnjenja. Dela še niso napredovala, zato bomo na njihov zaključek – če bo le mogoče – čakali vsaj pet let.
Tekoči kristali so spremenili zaslone, zdaj lahko pomagajo baterijam
Kazalo
- Tekoči kristali so spremenili zaslone, zdaj lahko pomagajo baterijam
- Tekoči kristali kot trik za pridobivanje tekoče-trdega elektrolita
Na kratko: proizvajalci litij-ionskih celic si trenutno prizadevajo povečati energijsko gostoto celic, hkrati pa ohraniti ali izboljšati zmogljivost celice, vključno z, na primer, izboljšanjem stabilnosti pri višjih močeh polnjenja. Ideja je, da bi bile baterije lažje, varnejše in hitrejše za polnjenje. Malo kot trikotnik hitro-poceni-dobro.
Eden od načinov za znatno povečanje specifične energije celic (za 1,5-3 krat) je uporaba anod iz kovine litija (Li-metal).... Ne ogljik ali silicij, kot prej, ampak litij, element, ki je neposredno odgovoren za zmogljivost celice. Težava je v tem, da ta razporeditev hitro razvije litijeve dendrite, kovinske izrastke, ki sčasoma povežejo dve elektrodi in ju poškodujejo.
Tekoči kristali kot trik za pridobivanje tekoče-trdega elektrolita
Trenutno potekajo dela za pakiranje anode v različne materiale za oblikovanje zunanje lupine, ki omogoča pretok litijevih ionov, vendar ne dovoljuje rasti trdnih struktur. Potencialna rešitev problema je tudi uporaba trdnega elektrolita – stene, skozi katero dendriti ne morejo prodreti.
Znanstveniki na Univerzi Carnegie Mellon so uporabili drugačen pristop: želijo ostati pri preverjenih tekočih elektrolitih, vendar na osnovi tekočih kristalov. Tekoči kristali so strukture, ki so na pol poti med tekočino in kristali, torej trdne snovi z urejeno strukturo. Tekoči kristali so tekoči, vendar so njihove molekule visoko urejene (vir).
Na molekularni ravni je struktura tekočih kristalov elektrolita le kristalna struktura in tako blokira rast dendritov. Še vedno pa imamo opravka s tekočino, torej s fazo, ki omogoča pretok ionov med elektrodami. Rast dendritov je blokirana, obremenitve morajo teči.
To ni omenjeno v študiji, vendar imajo tekoči kristali še eno pomembno lastnost: ko je nanje priložena napetost, jih je mogoče razporediti v določenem vrstnem redu (kot lahko vidite, na primer, če pogledate te besede in mejo med črno črke in svetlo ozadje). Tako se lahko zgodi, da se, ko se celica začne polniti, molekule tekočih kristalov postavijo pod drugačnim kotom in "postrgajo" dendritične usedline z elektrod.
Vizualno bo to spominjalo na zapiranje loput, na primer v prezračevalni luknji.
Slaba stran situacije je ta Univerza Carnegie Mellon je pravkar začela raziskovati nove elektrolite... Znano je že, da je njihova stabilnost nižja kot pri običajnih tekočih elektrolitih. Razgradnja celic poteka hitreje in to ni smer, ki nas zanima. Vendar pa je možno, da bo sčasoma težava odpravljena. Poleg tega ne pričakujemo pojava trdnih spojin prej kot v drugi polovici desetletja:
> LG Chem uporablja sulfide v trdnih celicah. Komercializacija trdnih elektrolitov ne prej kot leta 2028
Uvodna fotografija: Litijevi dendriti nastanejo na elektrodi mikroskopske litij-ionske celice. Velika temna slika na vrhu je druga elektroda. Začetni "mehurček" litijevih atomov se na neki točki dvigne in ustvari "brke", ki so osnova nastajajočega dendrita (c) PNNL Unplugged / YouTube:
To vas lahko zanima:
