ผลึกเหลวในรูปของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะทำให้สามารถสร้างเซลล์โลหะลิเธียมที่เสถียรได้หรือไม่

การศึกษาที่น่าสนใจโดย Carnegie Mellon University นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอให้ใช้ผลึกเหลวในเซลล์ลิเธียมไอออนเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน ความเสถียร และความสามารถในการชาร์จ งานยังไม่คืบหน้าดังนั้นเราจะรออย่างน้อยห้าปีเพื่อให้เสร็จ - ถ้าเป็นไปได้

คริสตัลเหลวได้ปฏิวัติการแสดงผล ตอนนี้สามารถช่วยให้แบตเตอรี่ได้

สารบัญ

• คริสตัลเหลวได้ปฏิวัติการแสดงผล ตอนนี้สามารถช่วยให้แบตเตอรี่ได้
  • ผลึกเหลวเป็นเคล็ดลับเพื่อให้ได้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวและของแข็ง

กล่าวโดยย่อ ผู้ผลิตเซลล์ลิเธียมไอออนกำลังพยายามเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์ในขณะที่ยังคงรักษาหรือปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน ซึ่งรวมถึงตัวอย่างเช่น ความเสถียรที่เพิ่มขึ้นที่ความจุการชาร์จที่สูงขึ้น แนวคิดคือทำให้แบตเตอรี่เบาขึ้น ปลอดภัยขึ้น และชาร์จใหม่ได้เร็วยิ่งขึ้น เหมือนสามเหลี่ยมของเร็ว-ถูก-ดี

วิธีหนึ่งในการเพิ่มพลังงานจำเพาะของเซลล์อย่างมีนัยสำคัญ (1,5-3 เท่า) คือการใช้แอโนดที่ทำจากโลหะลิเธียม (Li-metal). ไม่ได้มาจากคาร์บอนหรือซิลิกอนเหมือนเมื่อก่อน แต่มาจากลิเธียมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่รับผิดชอบโดยตรงต่อความจุขององค์ประกอบ ปัญหาคือว่าการจัดเรียงนี้พัฒนาลิเธียมเดนไดรต์อย่างรวดเร็ว ส่วนที่ยื่นออกมาของโลหะที่เชื่อมต่ออิเล็กโทรดทั้งสองในที่สุด ทำให้เกิดความเสียหาย

ผลึกเหลวเป็นเคล็ดลับเพื่อให้ได้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวและของแข็ง

ขณะนี้งานกำลังดำเนินการเพื่อบรรจุแอโนดในวัสดุต่างๆ เพื่อสร้างเปลือกนอกที่ช่วยให้ลิเธียมไอออนไหลเวียนได้ แต่ไม่อนุญาตให้โครงสร้างแข็งเติบโต วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้คือการใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง ซึ่งเป็นผนังที่เดนไดรต์ไม่สามารถทะลุผ่านได้

นักวิทยาศาสตร์ที่ Carnegie Mellon University ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป: พวกเขาต้องการอยู่กับอิเล็กโทรไลต์เหลวที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว แต่อยู่บนพื้นฐานของผลึกเหลว. ผลึกเหลวเป็นโครงสร้างที่อยู่กึ่งกลางระหว่างของเหลวและคริสตัล นั่นคือ ของแข็งที่มีโครงสร้างเรียงตัวกัน ผลึกเหลวเป็นของเหลว แต่โมเลกุลของพวกมันมีลำดับสูง (ที่มา)

ในระดับโมเลกุล โครงสร้างของอิเล็กโทรไลต์ผลึกเหลวเป็นเพียงโครงสร้างผลึกซึ่งขัดขวางการเติบโตของเดนไดรต์ อย่างไรก็ตาม เรายังคงจัดการกับของเหลว นั่นคือเฟสที่ช่วยให้ไอออนสามารถไหลระหว่างอิเล็กโทรดได้ การเจริญเติบโตของ Dendritic ถูกบล็อกโหลดต้องไหล

การศึกษาไม่ได้กล่าวถึงสิ่งนี้ แต่ผลึกเหลวมีคุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่ง: หลังจากใช้แรงดันไฟฟ้ากับพวกมันแล้ว พวกมันสามารถจัดเรียงตัวเองในลำดับที่แน่นอนได้ (ดังที่คุณเห็น ตัวอย่างเช่น โดยดูที่คำเหล่านี้และเส้นขอบระหว่างสีดำ ตัวอักษรและพื้นหลังสีอ่อน) ดังนั้นอาจเกิดขึ้นได้ว่าเมื่อเซลล์เริ่มชาร์จ โมเลกุลของผลึกเหลวจะอยู่ในมุมที่ต่างออกไป และ "ขูด" เดนไดรต์ที่สะสมจากอิเล็กโทรด

สายตานี้จะคล้ายกับการปิดของอวัยวะเพศหญิงพูดในช่องระบายอากาศ

ด้านพลิกของสถานการณ์ก็คือ มหาวิทยาลัย Carnegie Mellon เพิ่งเริ่มการวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์ใหม่. เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าความเสถียรของมันต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์เหลวทั่วไป การเสื่อมสภาพของเซลล์ทำได้เร็วกว่า และนี่ไม่ใช่ทิศทางที่เราสนใจ อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป ปัญหาจะได้รับการแก้ไข นอกจากนี้ เราไม่ได้คาดหวังการปรากฏตัวของสารประกอบโซลิดสเตตก่อนช่วงครึ่งหลังของทศวรรษ:

> LG Chem ใช้ซัลไฟด์ในเซลล์โซลิดสเตต การค้าอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งไม่เร็วกว่าปี 2028

ภาพเบื้องต้น: ลิเธียมเดนไดรต์ก่อตัวขึ้นบนอิเล็กโทรดของเซลล์ลิเธียมไอออนด้วยกล้องจุลทรรศน์ ตัวเลขสีดำขนาดใหญ่ด้านบนคืออิเล็กโทรดที่สอง "ฟองสบู่" เริ่มต้นของอะตอมลิเธียมพุ่งขึ้น ณ จุดใดจุดหนึ่ง ทำให้เกิด "มัสสุ" ซึ่งเป็นพื้นฐานของเดนไดรต์ที่เกิดขึ้นใหม่ (c) PNNL Unplugged / YouTube:

สิ่งนี้อาจสนใจคุณ: