ΑρχικήΕπιστήμηΕπέκταση της διάρκειας ζωής των μπαταριών λιθίου-μετάλλου

Επέκταση της διάρκειας ζωής των μπαταριών λιθίου-μετάλλου

Ο σχεδιασμός ισχυρότερων μπαταριών με ολοένα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής θα μπορούσε να βοηθήσει στην κάλυψη των αυξανόμενων αναγκών της βιομηχανίας ηλεκτρονικών και της αυτοκινητοβιομηχανίας. Οι μπαταρίες λιθίου (Li) είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες παγκοσμίως. Έτσι, η επινόηση στρατηγικών που μπορούν να αυξήσουν τη μακροζωία τους θα μπορούσε να είναι πολύ πιο εύκολη από τον σχεδιασμό νέων μπαταριών.

Οι μπαταρίες λιθίου-μετάλλου, είναι από τις πιο πολλά υποσχόμενες μορφές μπαταριών επόμενης γενιάς. Παρόλα αυτά, η αντιδραστικότητα του Li-metal έχει περιορίσει μέχρι στιγμής αρκετά τη σταθερότητα του κύκλου τους, μειώνοντας τον σχηματισμό σταθερών ενδιάμεσων φάσεων στερεού ηλεκτρολύτη (SEIs), καταλήγοντας τελικά σε μικρότερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις του Σικάγο και το Εθνικό Εργαστήριο Argonne εισήγαγαν πρόσφατα μια νέα μέθοδο για την επέκταση της μακροζωίας των μπαταριών λιθίου μετάλλου. Αυτή η μέθοδος, που εισήχθη σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο Nature Energy , βασίζεται στη χρήση ενός φθοριωμένου αιθέρα (3,3,4,4,5,5-hexafluorotetrahydropyran, HFTHP), ο οποίος παρουσιάζει περιορισμένη αντιδραστικότητα σε ιόντα μετάλλου και μπορεί έτσι να βελτιώσει τη σταθερότητα των σχηματισμένων SEI.

«Η παράταση της διάρκειας ζωής των μπαταριών λιθίου (Li) περιλαμβάνει τη διαχείριση των αντιδράσεων στην άνοδο Li και τη σταθεροποίηση της ενδιάμεσης φάσης στερεού ηλεκτρολύτη (SEI) μέσω στρατηγικής ρύθμισης της σύνθεσης ηλεκτρολυτών», ανέφεραν οι επιστήμονες Guo-Xing Li, Volodymyr Koverga και οι συνεργάτες τους. «Συνθέσαμε έναν φθοριωμένο κυκλικό αιθέρα με ελαχιστοποιημένη ικανότητα συντονισμού ιόντων λιθίου και ενισχυμένη ηλεκτροχημική σταθερότητα. Αποδείξαμε τον κρίσιμο ρόλο του στον χειρισμό της διαδικασίας σχηματισμού SEI διαφοροποιώντας τη συμβολή των διπλών ανιόντων στο στρώμα SEI».

Μια κρίσιμη διαφορά μεταξύ του αιθέρα που συνέθεσαν και των γραμμικών φθοριωμένων αιθέρων που προτάθηκαν προηγουμένως, όπως το BTFE και το TTE, είναι ότι εμφανίζει έναν ελαχιστοποιημένο συντονισμό με τα ιόντα Li. Αυτό διευκολύνει το σχηματισμό ενός SEI διπλής στοιβάδας με ανόργανη κυριαρχία σε μπαταρίες ιόντων μετάλλου, που αποτελείται από ένα εσωτερικό στρώμα πλούσιο σε Li 2 O και ένα εξωτερικό στρώμα πλούσιο σε LiF.

Αυτό το SEI βρέθηκε ότι ενισχύει σημαντικά τη σταθερότητα και την αναστρεψιμότητα των ανοδίων Li-metal. Οι κυψέλες μπαταρίας Li-metal που προκύπτουν ότι έχουν αξιοσημείωτα μεγάλη διάρκεια ζωής, βελτιωμένες δυνατότητες αυτοεκφόρτισης και απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία.

Οι Li, Koverga και οι συνάδελφοί τους χρησιμοποίησαν τον αιθέρα για να σχεδιάσουν έναν υγρό ηλεκτρολύτη για μπαταρίες λιθίου μετάλλου που αποτελείται από 1 M LiDFOB και 0,4 M LiBF 4 σε διμεθοξυαιθάνιο (DME)/HFTHP. Διαπίστωσαν ότι ο σχεδιασμός τους πέτυχε εξαιρετικά αποτελέσματα, με μέσο CE 99,5% για κύτταρα Cu||LiNi 0,8 Mn 0,1 Co 0,1 O 2 (NMC811) χωρίς άνοδο και εκτεταμένη διάρκεια ζωής.

«Ο ηλεκτρολύτης που αναπτύχθηκε παρουσιάζει αξιοσημείωτη βελτίωση στην διάρκεια ζωής και τη σταθερότητα του κύκλου των κυττάρων Li (50 μm)||NMC811 (4 mAh cm −2), διατηρώντας 80% χωρητικότητα μετά από 568 κύκλους φόρτισης – εκφόρτισης σε θερμοκρασία δωματίου και 60 °C, αντίστοιχα». έγραψαν οι ερευνητές. «Επιπλέον, οι πρωτότυπες κυψέλες 410 Wh kg − επιδεικνύουν διατήρηση χωρητικότητας 80% για 470 κύκλους».

Η νέα στρατηγική που εισήγαγε αυτή η ερευνητική ομάδα θα μπορούσε σύντομα να δώσει πρόσθετες μελέτες, διευκολύνοντας τελικά την ανάπτυξη νέων ανώτερων υγρών ηλεκτρολυτών για μπαταρίες Li-metal υψηλής πυκνότητας. Επιπλέον, το έργο τους συμβάλλει στην κατανόηση των αραιωτικών φθοριούχων αιθέρων, τονίζοντας τις δυνατότητές τους για την ανάπτυξη λύσεων μπαταριών επόμενης γενιάς.

Στέλιος Θεοδωρίδης
Στέλιος Θεοδωρίδης
Ο ήρωας μου είναι ο γάτος μου ο Τσάρλι και ακροάζομαι μόνο Psychedelic Trance
RELATED ARTICLES

Πρόσφατα άρθρα

Tηλέφωνα έκτακτης ανάγκης

Δίωξη Ηλεκτρονικού Εγκλήματος: 11188
Ελληνική Αστυνομία: 100
Χαμόγελο του Παιδιού: 210 3306140
Πυροσβεστική Υπηρεσία: 199
ΕΚΑΒ 166