Новая технология расширяет возможности литий-металлических батарей нового поколения

Электромобили (EV) имеют большие перспективы для нашего энергосберегающего, устойчивого будущего, но одним из их ограничений является отсутствие долговечной батареи с высокой плотностью энергии, которая снижает потребность в заправке во время дальних поездок.

То же самое относится и к домам во время отключений электричества и перебоев в энергоснабжении - маленьких, эффективных батарей, способных питать дом в течение более чем одной ночи без электричества, пока не существует. Литиевые батареи нового поколения, предлагающие легкие, долговечные и недорогие накопители энергии, могут произвести революцию в отрасли, однако существует множество проблем, которые препятствуют успешной коммерциализации.

Литиевые батареи нового поколения

Основной проблемой является то, что в то время как перезаряжаемые литий-металлические аноды играют ключевую роль в том, насколько хорошо эта новая волна литиевых батарей функционирует, во время работы батареи они очень чувствительны к росту дендритов, микроструктур, которые могут привести к опасному короткому замыканию, загоранию и даже взрыву.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Ученые Колумбийского инженерного института сообщают сегодня, что они обнаружили, что добавки щелочных металлов, такие как ионы калия, могут предотвратить распространение микроструктуры лития во время работы батареи. Они использовали сочетание микроскопии, ядерного магнитного резонанса (похожего на МРТ) и вычислительного моделирования, чтобы обнаружить, что добавление небольшого количества калиевой соли к обычному электролиту литиевой батареи производит уникальную химию на поверхности раздела литий/электролит. Исследование опубликовано в Cell Reports Physical Science.

"В частности, мы обнаружили, что ионы калия смягчают образование нежелательных химических соединений, которые оседают на поверхности лития и предотвращают перенос ионов лития во время зарядки и разрядки батареи, в конечном счете, ограничивая рост микроструктуры", - говорит доцент кафедры химической инженерии  Лорен Марбелья (Lauren Marbella).

Открытие ее команды о том, что добавки щелочных металлов подавляют рост непроводящих соединений на поверхности литиевого металла, отличается от традиционных подходов к обработке электролитов, предусматривающих нанесение на поверхность металла проводящих полимеров. Работа является одной из первых глубоких характеристик поверхностной химии металла лития с использованием ЯМР-спектрометрии и демонстрирует возможности данной методики по созданию новых электролитов для металла лития. Результаты Марбельи были дополнены расчетами по теории функционала плотности (DFT), выполненными сотрудниками Висванатанской группы в области машиностроения Университета Карнеги-Меллон.

"Коммерческие электролиты - это коктейль из тщательно отобранных молекул", - отмечает Марбелья. "Используя ЯМР и компьютерное моделирование, мы, наконец, можем понять, как эти уникальные составы электролитов улучшают производительность литий-металлических батарей на молекулярном уровне". Это понимание, в конечном счете, дает исследователям инструменты, необходимые для оптимизации конструкции электролита и обеспечения стабильной работы литий-металлических батарей".В настоящее время команда испытывает добавки из щелочных металлов, которые останавливают образование вредных поверхностных слоев в сочетании с более традиционными добавками, стимулирующими рост проводящих слоев на литиевом металле. Они также активно используют ЯМР-спектрометры для прямого измерения скорости переноса лития через этот слой. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet