Am bi criostalan liùlach mar electrolytes ann am bataraidhean lithium-ion ga dhèanamh comasach ceallan meatailt lithium seasmhach a chruthachadh?

Sgrùdadh inntinneach le Oilthigh Charnegie Mellon. Tha luchd-saidheans air moladh criostalan liùlach a chleachdadh ann an ceallan lithium-ion gus an dùmhlachd lùtha, an seasmhachd agus an comas cosgais àrdachadh. Chan eil an obair air a dhol air adhart fhathast, agus mar sin fuirichidh sinn co-dhiù còig bliadhna airson an crìochnachadh - ma ghabhas sin dèanamh.

Tha criostalan liotach air taisbeanaidhean atharrachadh, a-nis faodaidh iad bataraidhean a chuideachadh

Clàr-innse

• Tha criostalan liotach air taisbeanaidhean atharrachadh, a-nis faodaidh iad bataraidhean a chuideachadh
  • Criostalan leaghaidh mar chleas gus electrolyte leaghan-solid fhaighinn

Ann an ùine ghoirid: tha luchd-saothrachaidh cealla lithium-ion an-dràsta a ’feuchainn ri dùmhlachd lùth cheallan àrdachadh fhad‘ s a tha iad a ’cumail suas no a’ leasachadh coileanadh cealla, a ’gabhail a-steach, mar eisimpleir, a’ leasachadh seasmhachd aig cumhachdan cosgais nas àirde. Is e am beachd bataraidhean a dhèanamh nas aotrom, nas sàbhailte, agus nas luaithe airson ath-lìonadh. Beagan mar an triantan luath-saor-math.

Is e aon de na dòighean air lùth sònraichte cheallan a mheudachadh gu mòr (1,5-3 tursan) a bhith a ’cleachdadh anodaichean air an dèanamh de mheatailt lithium (Li-meatailt).... Chan e carbon no silicon, mar a bha roimhe, ach lithium, eileamaid a tha gu dìreach an urra ri comas a ’chill. Is e an duilgheadas a th ’ann gu bheil an rèiteachadh seo gu luath a’ leasachadh dendrites lithium, protrusions meatailt a bhios thar ùine a ’ceangal an dà electrod, a’ dèanamh cron orra.

Criostalan leaghaidh mar chleas gus electrolyte leaghan-solid fhaighinn

Tha obair a’ dol air adhart an-dràsta gus anodes a phacadh ann an grunn stuthan gus slige a-muigh a chruthachadh a leigeas le ions lithium sruthadh ach nach leig le structaran cruaidh fàs. Is e fuasgladh a dh’ fhaodadh a bhith ann don duilgheadas cuideachd a bhith a’ cleachdadh electrolyte cruaidh - balla tro nach urrainn dha dendrites a dhol a-steach.

Ghabh luchd-saidheans aig Oilthigh Charnegie Mellon dòigh-obrach eadar-dhealaichte: tha iad airson fuireach le electrolytes leaghan dearbhte, ach stèidhichte air criostalan liùlach. Is e criostalan leaghte structaran a tha letheach slighe eadar leaghan agus criostalan, is e sin, solidan le structar òrdaichte. Tha criostalan leaghaidh leaghte, ach tha na moileciuilean aca air an òrdachadh gu mòr (an tùs).

Aig an ìre mholacileach, tha structar electrolyte criostail liùlach dìreach na structar criostalach agus mar sin a ’cur bacadh air fàs dendrites. Ach, tha sinn fhathast a ’dèiligeadh ri leaghan, is e sin, ìre a leigeas le ions sruthadh eadar na dealanan. Tha fàs dendrite air a bhacadh, feumaidh luchdan sruthadh.

Chan eil seo air ainmeachadh san sgrùdadh, ach tha feart cudromach eile aig criostalan liùlach: cho luath ‘s a thèid bholtadh a chuir orra, faodar an cur air dòigh ann an òrdugh sònraichte (mar a chì thu, mar eisimpleir, le bhith a’ coimhead air na faclan sin agus a ’chrìoch eadar dubh litrichean agus cùl-raon aotrom). Mar sin is dòcha gun tachair e nuair a thòisicheas an cealla a ’togail, thèid na moileciuilean criostail liùlach a shuidheachadh aig ceàrn eadar-dhealaichte agus tasgaidhean dendritic“ sgrìobadh ”bho na dealanan.

Gu fradharcach, bidh seo coltach ri dùnadh na flapaichean, can, anns an toll fionnarachaidh.

Is e ìsleachadh an t-suidheachaidh sin Tha Oilthigh Charnegie Mellon dìreach air tòiseachadh air rannsachadh air electrolytes ùra... Tha fios mu thràth gu bheil an seasmhachd aca nas ìsle na seasmhachd electrolytes leaghan àbhaisteach. Bidh truailleadh cealla a ’tachairt nas luaithe, agus chan e seo an stiùireadh a tha inntinneach dhuinn. Ach, tha e comasach gun tèid an duilgheadas fhuasgladh rè ùine. A bharrachd air an sin, chan eil sinn an dùil gum bi coltas todhar cruaidh-stàite nas tràithe na dàrna leth an deichead:

> Bidh LG Chem a ’cleachdadh sulfides ann an ceallan cruaidh stàite. Malairtachadh electrolyte solid gun a bhith nas tràithe na 2028

Dealbh tòiseachaidh: Tha dendrites lithium air an cruthachadh air dealan cealla lithium-ion microscopach. Is e am figear mòr dorcha air a mhullach an dàrna dealan. Bidh a’ chiad “builgeag” de atoman lithium a’ nochdadh aig àm air choreigin, a’ cruthachadh “feadag” a tha mar bhunait don dendrite a tha a’ tighinn am bàrr (c) PNNL Unplugged / YouTube:

Is dòcha gum bi seo inntinneach dhut: