Liệu các tinh thể lỏng làm chất điện phân trong pin lithium-ion có thể tạo ra các tế bào kim loại lithium ổn định không?

Một nghiên cứu thú vị của Đại học Carnegie Mellon. Các nhà khoa học đã đề xuất sử dụng các tinh thể lỏng trong tế bào lithium-ion để tăng mật độ năng lượng, độ ổn định và khả năng sạc của chúng. Công việc vẫn chưa tiến triển, vì vậy chúng tôi sẽ đợi ít nhất năm năm để hoàn thành - nếu có thể.

Tinh thể lỏng đã cách mạng hóa màn hình, giờ đây chúng có thể giúp pin

Mục lục

• Tinh thể lỏng đã cách mạng hóa màn hình, giờ đây chúng có thể giúp pin
  • Tinh thể lỏng như một thủ thuật để thu được chất điện phân lỏng-rắn

Tóm lại: các nhà sản xuất pin lithium-ion hiện đang tìm cách tăng mật độ năng lượng của các tế bào trong khi duy trì hoặc cải thiện hiệu suất của tế bào, chẳng hạn như cải thiện độ ổn định ở công suất sạc cao hơn. Ý tưởng là làm cho pin nhẹ hơn, an toàn hơn và sạc lại nhanh hơn. Một chút giống như tam giác nhanh-rẻ-tốt.

Một trong những cách để tăng đáng kể năng lượng riêng của tế bào (lên 1,5-3 lần) là sử dụng cực dương làm bằng kim loại liti (Li-metal).... Không phải carbon hay silicon như trước đây, mà là lithium, một nguyên tố chịu trách nhiệm trực tiếp cho sức chứa của tế bào. Vấn đề là sự sắp xếp này nhanh chóng phát triển các đuôi gai liti, các phần lồi kim loại theo thời gian kết nối hai điện cực, làm hỏng chúng.

Tinh thể lỏng như một thủ thuật để thu được chất điện phân lỏng-rắn

Công việc hiện đang được tiến hành để đóng gói các cực dương trong các vật liệu khác nhau để tạo thành lớp vỏ bên ngoài cho phép dòng ion lithium chảy qua nhưng không cho phép các cấu trúc rắn phát triển. Một giải pháp tiềm năng cho vấn đề này cũng là sử dụng chất điện phân rắn - một bức tường mà các sợi nhánh không thể xuyên qua.

Các nhà khoa học tại Đại học Carnegie Mellon đã có một cách tiếp cận khác: họ muốn tiếp tục sử dụng các chất điện phân lỏng đã được chứng minh, nhưng dựa trên các tinh thể lỏng. Tinh thể lỏng là cấu trúc nằm giữa chất lỏng và tinh thể, nghĩa là chất rắn có cấu trúc trật tự. Tinh thể lỏng là chất lỏng, nhưng các phân tử của chúng có trật tự cao (nguồn).

Ở cấp độ phân tử, cấu trúc của chất điện phân tinh thể lỏng chỉ là cấu trúc tinh thể và do đó ngăn chặn sự phát triển của các đuôi gai. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn đang xử lý chất lỏng, nghĩa là, một pha cho phép các ion di chuyển giữa các điện cực. Dendrite tăng trưởng bị chặn, tải phải chảy.

Điều này không được đề cập trong nghiên cứu, nhưng các tinh thể lỏng có một đặc điểm quan trọng khác: một khi điện áp được đặt vào chúng, chúng có thể được sắp xếp theo một thứ tự nhất định (ví dụ như bạn có thể thấy, bằng cách nhìn vào những từ này và đường viền giữa màu đen chữ cái và nền sáng). Vì vậy, có thể xảy ra trường hợp khi tế bào bắt đầu sạc, các phân tử tinh thể lỏng sẽ được định vị ở một góc khác và "cạo" cặn đuôi gai khỏi các điện cực.

Về mặt trực quan, điều này sẽ giống như việc đóng các cánh đảo gió trong lỗ thông gió.

Mặt trái của tình hình là Đại học Carnegie Mellon vừa bắt đầu nghiên cứu về chất điện giải mới... Người ta đã biết rằng độ ổn định của chúng thấp hơn so với các chất điện phân lỏng thông thường. Sự suy thoái tế bào diễn ra nhanh hơn, và đây không phải là hướng mà chúng ta quan tâm. Tuy nhiên, có thể theo thời gian vấn đề sẽ được giải quyết. Hơn nữa, chúng tôi không mong đợi sự xuất hiện của các hợp chất ở trạng thái rắn sớm hơn nửa sau của thập kỷ:

> LG Chem sử dụng sulfua trong các tế bào trạng thái rắn. Thương mại hóa chất điện ly rắn không sớm hơn năm 2028

Ảnh giới thiệu: Các sợi nhánh liti được hình thành trên điện cực của một tế bào lithi-ion cực nhỏ. Hình lớn màu tối ở trên cùng là điện cực thứ hai. "Bong bóng" ban đầu của các nguyên tử liti bùng lên tại một thời điểm nào đó, tạo ra một "râu ria" là cơ sở của sợi nhánh (c) PNNL Unplugged / YouTube mới nổi:

Điều này có thể khiến bạn quan tâm: