هل ستجعل البلورات السائلة مثل الإلكتروليتات في بطاريات الليثيوم أيون من الممكن تكوين خلايا معدن الليثيوم مستقرة؟

دراسة مثيرة للاهتمام من قبل جامعة كارنيجي ميلون. اقترح العلماء استخدام البلورات السائلة في خلايا الليثيوم أيون لزيادة كثافة طاقتها واستقرارها وقدرتها على الشحن. لم يتقدم العمل بعد ، لذلك سننتظر خمس سنوات على الأقل لاستكماله - إذا كان ذلك ممكنًا.

أحدثت البلورات السائلة ثورة في شاشات العرض، والآن يمكنها مساعدة البطاريات

جدول المحتويات

• أحدثت البلورات السائلة ثورة في شاشات العرض، والآن يمكنها مساعدة البطاريات
  • البلورات السائلة كخدعة للحصول على المنحل بالكهرباء السائل والصلب

باختصار: يتطلع مصنعو خلايا الليثيوم أيون الآن إلى زيادة كثافة الطاقة للخلايا مع الحفاظ على أدائها أو تحسينه، بما في ذلك، على سبيل المثال، زيادة الاستقرار عند قوى الشحن الأعلى. والفكرة هي أن تكون البطاريات أخف وزنًا وأكثر أمانًا وأسرع في إعادة الشحن. يشبه إلى حد ما المثلث السريع والرخيص والجيد.

إحدى طرق زيادة الطاقة النوعية للخلايا بشكل ملحوظ (بمقدار 1,5-3 مرات) هي استخدام أنودات معدن الليثيوم (معدن الليثيوم).. ليس من الكربون أو السيليكون كما في السابق، بل من الليثيوم، العنصر المسؤول بشكل مباشر عن قدرة الخلية. المشكلة هي أن هذا الترتيب يطور بسرعة شجيرات الليثيوم، وهي نتوءات معدنية تربط القطبين في النهاية، مما يؤدي إلى إتلافهما.

البلورات السائلة كخدعة للحصول على المنحل بالكهرباء السائل والصلب

يجري العمل حاليًا لتعبئة الأنودات في مواد مختلفة لتشكيل غلاف خارجي يسمح بتدفق أيونات الليثيوم ولكن لا يسمح بنمو الهياكل الصلبة. الحل المحتمل للمشكلة هو أيضًا استخدام إلكتروليت صلب - جدار لا تستطيع التشعبات اختراقه.

اتخذ العلماء في جامعة كارنيجي ميلون نهجا مختلفا: إنهم يريدون البقاء مع الشوارد السائلة المثبتة، ولكن على أساس البلورات السائلة. البلورات السائلة عبارة عن هياكل تقع في منتصف الطريق بين السائل والبلورات ، أي المواد الصلبة ذات البنية المنظمة. البلورات السائلة سائلة ، لكن جزيئاتها مرتبة بدرجة عالية (مصدر).

على المستوى الجزيئي، فإن بنية المنحل بالكهرباء البلوري السائل هي ببساطة بنية بلورية وبالتالي تمنع نمو التشعبات. ومع ذلك، مازلنا نتعامل مع سائل، أي مرحلة تسمح للأيونات بالتدفق بين الأقطاب الكهربائية. يتم حظر نمو التغصنات، ويجب أن تتدفق الأحمال.

لم تذكر الدراسة ذلك، لكن البلورات السائلة لها ميزة أخرى مهمة: بعد تطبيق الجهد عليها، يمكن ترتيبها بترتيب معين (كما ترون، على سبيل المثال، من خلال النظر إلى هذه الكلمات والحدود بين الحروف السوداء والخلفية الفاتحة). لذلك من المحتمل أنه عندما تبدأ الخلية في الشحن، سيتم وضع جزيئات الكريستال السائل في زاوية مختلفة و"تتخلص" من الرواسب التغصنية من الأقطاب الكهربائية.

بصريًا، سيشبه هذا إغلاق اللوحات، على سبيل المثال، في فتحة التهوية.

الجانب السلبي للوضع هو ذلك بدأت جامعة كارنيجي ميلون للتو البحث عن إلكتروليتات جديدة.. ومن المعروف بالفعل أن ثباتها أقل من استقرار الشوارد السائلة التقليدية. يحدث تدهور الخلايا بشكل أسرع، وهذا ليس الاتجاه الذي يهمنا. ومع ذلك، فمن الممكن أن يتم حل المشكلة مع مرور الوقت. علاوة على ذلك، فإننا لا نتوقع ظهور مركبات الحالة الصلبة قبل النصف الثاني من العقد:

> تستخدم شركة LG Chem الكبريتيدات في العناصر ذات الحالة الصلبة. تسويق المنحل بالكهرباء الصلبة في موعد لا يتجاوز عام 2028

الصورة التمهيدية: تتشكل تشعبات الليثيوم على قطب كهربائي لخلية ليثيوم أيون مجهرية. الشكل المظلم الكبير في الأعلى هو القطب الثاني. تنطلق "الفقاعة" الأولية من ذرات الليثيوم في مرحلة ما ، مما يؤدي إلى إنشاء "شارب" يمثل أساس التغصنات الناشئة (ج) PNNL Unplugged / YouTube:

قد يثير هذا اهتمامك: