Czy ciekłe kryształy jako elektrolity w bateriach litowo-jonowych pozwolą na stworzenie stabilnych ogniw litowo-metalowych?
Zawartość
Ciekawe badanie przeprowadzone przez Carnegie Mellon University. Naukowcy zaproponowali zastosowanie ciekłych kryształów w ogniwach litowo-jonowych w celu zwiększenia ich gęstości energii, stabilności i pojemności ładowania. Prace jeszcze nie posunęły się naprzód, więc na ich zakończenie – o ile to w ogóle możliwe – poczekamy co najmniej pięć lat.
Ciekłe kryształy zrewolucjonizowały wyświetlacze, teraz mogą pomóc akumulatorom
Spis treści
- Ciekłe kryształy zrewolucjonizowały wyświetlacze, teraz mogą pomóc akumulatorom
- Ciekłe kryształy sposobem na uzyskanie elektrolitu w stanie ciekłym i stałym
W skrócie: Producenci ogniw litowo-jonowych dążą obecnie do zwiększenia gęstości energii ogniw przy jednoczesnym utrzymaniu lub poprawie ich wydajności, w tym na przykład zwiększeniu stabilności przy wyższych mocach ładowania. Pomysł jest taki, aby akumulatory były lżejsze, bezpieczniejsze i szybciej się ładowały. Trochę jak w trójkącie szybko – tanio – dobrze.
Jednym ze sposobów znacznego zwiększenia energii właściwej ogniw (1,5-3 razy) jest zastosowanie anod litowo-metalowych (Li-metal).. Nie z węgla czy krzemu, jak poprzednio, ale z litu, pierwiastka bezpośrednio odpowiedzialnego za pojemność ogniwa. Problem polega na tym, że w takim układzie szybko powstają dendryty litu, metalowe wypustki, które ostatecznie łączą dwie elektrody, uszkadzając je.
Ciekłe kryształy sposobem na uzyskanie elektrolitu w stanie ciekłym i stałym
Obecnie trwają prace nad pakowaniem anod w różne materiały w celu utworzenia zewnętrznej powłoki, która umożliwia przepływ jonów litu, ale nie pozwala na wzrost stałych struktur. Potencjalnym rozwiązaniem problemu jest również zastosowanie stałego elektrolitu - ściany, przez którą dendryty nie mogą się przebić.
Naukowcy z Carnegie Mellon University przyjęli inne podejście: chcą pozostać przy sprawdzonych ciekłych elektrolitach, ale w oparciu o ciekłe kryształy. Ciekłe kryształy to struktury będące w połowie drogi między cieczą a kryształami, czyli ciała stałe o uporządkowanej strukturze. Ciekłe kryształy są płynne, ale ich cząsteczki są wysoce uporządkowane (źródło).
Na poziomie molekularnym struktura elektrolitu ciekłokrystalicznego jest po prostu strukturą krystaliczną i dlatego blokuje wzrost dendrytów. Wciąż jednak mamy do czynienia z cieczą, czyli fazą umożliwiającą przepływ jonów pomiędzy elektrodami. Wzrost dendrytów jest zablokowany, ładunki muszą płynąć.
W badaniu o tym nie wspomniano, ale ciekłe kryształy mają jeszcze jedną ważną cechę: po przyłożeniu do nich napięcia można je ułożyć w określonej kolejności (co widać chociażby patrząc na te słowa i granicę pomiędzy czarne litery i jasne tło). Może się więc zdarzyć, że gdy ogniwo zacznie się ładować, cząsteczki ciekłego kryształu zostaną ustawione pod innym kątem i „zeskrobują” osady dendrytyczne z elektrod.
Wizualnie będzie to przypominać zamykanie klap, powiedzmy, w otworze wentylacyjnym.
Wadą tej sytuacji jest to Uniwersytet Carnegie Mellon właśnie rozpoczął badania nad nowymi elektrolitami.. Wiadomo już, że ich stabilność jest niższa niż w przypadku konwencjonalnych elektrolitów ciekłych. Degradacja komórek następuje szybciej i nie jest to kierunek, który nas interesuje. Możliwe jednak, że z czasem problem zostanie rozwiązany. Co więcej, nie spodziewamy się pojawienia się związków półprzewodnikowych wcześniej niż w drugiej połowie dekady:
> LG Chem wykorzystuje siarczki w ogniwach półprzewodnikowych. Komercjalizacja elektrolitu stałego nie wcześniej niż w 2028 roku.
Zdjęcie wprowadzające: Dendryty litowe powstają na elektrodzie mikroskopijnego ogniwa litowo-jonowego. Duża ciemna postać na górze to druga elektroda. Początkowy „bąbel” atomów litu w pewnym momencie wystrzeliwuje w górę, tworząc „wąs”, który jest podstawą powstającego dendrytu (c) PNNL Unplugged / YouTube:
To może Cię zainteresować:
