4 мин. чтения
9/28/2023 8:40:01 AM

Электролиты на основе фосфазена для высоковольтных литиевых батарей, которые работают в экстремальных средах

Article Preview Image Необложий гель-электролит квази-солидного состояния для устранения опасности безопасности для высокоэнергетических литиевых металлических батарей.Кредит: Meng et al.

Литиевые металлические батареи имеют многочисленные заметные преимущества по сравнению с другими существующими батарейными системами, включая высокую плотность энергии.Тем не менее, использование большинства существующих высокоэнергетических литиевых металлических батарей в экстремальных средах обычно считается небезопасным или невозможным из-за волатильности и воспламеняемости их электролитов.

Исследователи из университета Бар-Ила, Технологического университета Сиднея, CIC Energigune и Tsinghua University недавно намеревались разработать новые электролиты, которые могут поддерживать безопасную и стабильную работу батарей лития металла в более широком диапазоне условий окружающей среды.Эти электролиты, введенные в природе, были синтезированы с использованием полимерных матриц с помощью огнеупорного фосфазена.

«Замена графитовых анодов металлическим LI считается жизнеспособным путем для дальнейшего увеличения энергетической плотности литиевых батарей», - сказал Tech Xplore профессор Дорон Аурбач, один из исследователей, которые провели исследование.

«Тем не менее, рост дендритов на аноде LI во время велосипедных триггеров катастрофических опасностей безопасности, которые сильно препятствуют их практическим применению. Чтобы решить эту проблему, электролиты на основе эфиров широко использовались в батареях Li Metal из-за их относительно низкой реактивности с Li Metal.. ”

Решения электролита на основе эфира имеют низкую вязкость и высокую ионную проводимость.Эти благоприятные свойства могут способствовать быстрой проводимости Li-Ions и обмене межфазными зарядами в литиях.

Эфирные электролиты также очень совместимы с анодами металлов LI, поэтому они могут подавлять рост дендритов, когда батареи заряжаются.Несмотря на эти преимущества, многие эфирные растворители очень легко воспламеняются, поэтому их использование может значительно снизить безопасность батареи.

«Низкие точки кипения эфиров представляют риски безопасности, включая пожар, взрыв и утечку жидкости», - сказал Дорон.«Кроме того, недостаточная стабильность окисления электролитов на основе эфиров может привести к неконтролируемому разложению растворителя на поверхности катода при высоком напряжении (> 4 В против Li/Li+), что значительно ухудшает циклирование батарей LI-металлов высокого напряжения».

В последние годы некоторые исследовательские группы также ввели локализованные электролиты с высокой концентрацией, которые ограничивают свободные молекулы растворителя в структурах сольвации Li+.Хотя эти альтернативные электролиты могут сократить время, необходимое для погашения любых пожаров, которые могут возникнуть, они не полностью устраняют риск пожаров или утечек.

«Полифосфазеновые огнестойковые загрязнения с превосходными огнезащитными эффектами широко использовались в области полимерных огнезащитных веществ»,-сказал Дорон.«В сочетании с локализованными электролитами с высокой концентрацией гибриды полифосфазена могут эффективно улучшать эффект-пламени с низким содержанием добавления. И безопасность полных клеток может быть в значительной степени способствовать».

В своей недавней статье профессор Гусиу Ван и их коллеги представили новую универсальную стратегию для оптимизации электролитов на основе эфиров, предотвращая их огонь или утечка, а также улучшает их совместимость с помощью электродов.Эта стратегия влечет за собой обработку соратница и геляции с использованием мономеров Butenoxycycyclotriphosphazene (BCPN).

«Чтобы решить неотъемлемые недостатки воспламеняемости и плохой стабильности окисления для электролита на основе эфира, флуорометил 1,1,1,3,3,3,3-гексафторуизопропиловый эфир (SFE) был введен в качестве соралевого) с эфирным растворителем для улучшения устойчивости к окислению и стабильности катодов », сказал Ван.«Затем эти бинарные электролиты были гельмированы in situ путем полимеризации мономеров BCPN для достижения задержки пламени и межфазной совместимости».

В первоначальных испытаниях Ван и его сотрудник доктор Донг Чжоу обнаружили, что их предлагаемая обработка с использованием фторированных сораственных и огнестрельных полиметрических матриц полностью устраняет риск утечки огня и электролита в батареях литий-металлов.Команда также смогла достичь электролитов, которые очень совместимы с высокоэнергетическими катодами, используя тщательно спроектированную оболочку Li+ Solvation, наряду с защитными пленками, полученными из BCPN, образованными на катодах.

«Мы изготовили батареи с высокой энергией Li || NCM811 с использованием нашего гелевого электролита, и эти батареи достигли высокого удержания, превосходные низкотемпературные характеристики, хорошая велосипеда при высоком давлении и устойчивом источнике питания в оскорбительных условиях»,-доктор Донг Чжоусказал.«Мы успешно решили проблему безопасности для высокоэнергетических литиевых металлических батарей».

Недавняя работа этой команды исследователей может иметь важные последствия для разработки литийных батарей следующего поколения.Электролиты, представленные в природе Energy, и их стратегия, лежащая в основе конструкции, могут вскоре открыть новый путь для изготовления высокоэнергетических, прочных и безопасных перезаряжаемых металлических батарей LI, которые могут работать в экстремальных средах.

«В наших следующих исследованиях мы намерены продолжить нашу исследование по повышению безопасности аккумулятора и низкой температуры, что поможет расширить экстремальное применение батарей с высокой плотностью энергии, например, позволяя интеграции в аэрокосмические автомобили, подводные лодки и устройства полярного региона., - добавил Ван.

Больше информации: Yuefeng Meng et al., Проектируя фосфазен-производственные электролитные матрицы, чтобы обеспечить высоковольтные литиевые металлические батареи для экстремальных условий труда, природы (2023).Doi: 10.1038/s41560-023-01339-z

Получи бесплатную еженедельную рассылку со ссылками на репозитории и лонгриды самых интересных историй о стартапах 🚀, AI технологиях 👩‍💻 и программировании 💻!
Присоединяйся к тысячам читателей для получения одного еженедельного письма

Подписывайся на нас:

Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.

Добавляй ЛРНЧ в свою ленту Google Новостей.
Читайте далее 📖

Новое понимание принципов работы биполярных мембран может направлять будущий дизайн топливных элементов

4/17/2024 · 4 мин. чтения

Новое понимание принципов работы биполярных мембран может направлять будущий дизайн топливных элементов

Исследование изучает конкурентоспособность затрат на грузовики с нулевым выбросом

4/5/2024 · 4 мин. чтения

Исследование изучает конкурентоспособность затрат на грузовики с нулевым выбросом