Os cristais líquidos como electrólitos nas baterías de iones de litio permitirán crear células estables de litio metálico?
Contido
Un estudo interesante da Universidade Carnegie Mellon. Os científicos propuxeron usar cristais líquidos en células de iones de litio para aumentar a súa densidade de enerxía, estabilidade e capacidade de carga. Os traballos aínda non avanzaron, polo que agardaremos polo menos cinco anos para a súa finalización, se é posible.
Os cristais líquidos revolucionaron as pantallas, agora poden axudar ás baterías
Índice analítico
- Os cristais líquidos revolucionaron as pantallas, agora poden axudar ás baterías
- Os cristais líquidos como truco para obter un electrólito líquido-sólido
En resumo, os fabricantes de células de iones de litio están a esforzarse actualmente por aumentar a densidade de enerxía das células mentres manteñen ou melloran o rendemento das células, incluíndo, por exemplo, unha maior estabilidade a maiores capacidades de carga. A idea é facer as baterías máis lixeiras, seguras e recargar máis rápido. Un pouco como un triángulo de rápido-barato-ben.
Unha das formas de aumentar significativamente a enerxía específica das células (1,5-3 veces) é o uso de ánodos feitos de metal de litio (Li-metal).. Non de carbono ou silicio, como antes, senón de litio, elemento que é directamente responsable da capacidade do elemento. O problema é que esta disposición desenvolve rapidamente dendritas de litio, protuberancias metálicas que finalmente conectan os dous electrodos, danándoos.
Os cristais líquidos como truco para obter un electrólito líquido-sólido
Actualmente estase a traballar para empaquetar ánodos en diversos materiais para formar unha capa exterior que permita o fluxo de ións de litio pero que non permita o crecemento de estruturas sólidas. Unha solución potencial ao problema tamén é o uso dun electrólito sólido, unha parede pola que as dendritas non poden penetrar.
Os científicos da Universidade Carnegie Mellon adoptaron un enfoque diferente: queren quedarse cos probados electrólitos líquidos pero baseados en cristais líquidos. Os cristais líquidos son estruturas que están a medio camiño entre os líquidos e os cristais, é dicir, sólidos cunha estrutura ordenada. Os cristais líquidos son líquidos, pero as súas moléculas están moi ordenadas (fonte).
A nivel molecular, a estrutura do electrólito de cristal líquido é simplemente unha estrutura cristalina e, polo tanto, bloquea o crecemento das dendritas. Porén, aínda estamos ante un líquido, é dicir, unha fase que permite o paso de ións entre os electrodos. O crecemento dendrítico está bloqueado, as cargas deben fluír.
O estudo non menciona isto, pero os cristais líquidos teñen outra característica importante: despois de aplicarlles unha tensión, pódense dispor nunha determinada orde (como podes ver, por exemplo, observando estas palabras e o límite entre o negro letras e un fondo claro). Polo tanto, pode ocorrer que cando a célula comece a cargar, as moléculas de cristal líquido estean nun ángulo diferente e "raspe" os depósitos dendríticos dos electrodos.
Visualmente, isto asemellarase ao peche de solapas, por exemplo, nun respiradoiro.
A outra cara da situación é esa A Universidade Carnegie Mellon acaba de comezar a investigación sobre novos electrólitos. Xa se sabe que a súa estabilidade é inferior á dos electrólitos líquidos convencionais. A degradación celular é máis rápida, e esta non é a dirección que nos interesa. Non obstante, é posible que co paso do tempo se solucione o problema. Ademais, non esperamos a aparición de compostos en estado sólido antes da segunda metade da década:
> LG Chem usa sulfuros en células de estado sólido. Comercialización de electrólitos sólidos non antes de 2028
Foto introdutoria: as dendritas de litio fórmanse no electrodo dunha célula microscópica de iones de litio. A gran figura escura na parte superior é o segundo electrodo. A "burbulla" inicial de átomos de litio xorde nalgún momento, creando un "bigote" que é a base da dendrita emerxente (c) PNNL Unplugged / YouTube:
Isto pode interesarche:
