5 мин. чтения
2/10/2024 11:54:12 AM

Новый сплошной полимерный электролит для высоковольтных литий-металлических аккумуляторов

Article Preview Image Схема логики для разработки однофазных твердых полимерных электролитов на основе полимерных смесей.Кредит: Nature Energy (2024).Doi: 10.1038/s41560-023-01443-0

Литий-металлические батареи, которые содержат аноды, основанные на металлическом литии, являются многообещающими аккумуляторами, которые могут помочь удовлетворить растущие требования электроники.Эти батареи имеют различные преимущества, включая высокую плотность энергии и время быстрого зарядки.

Исследователи недавно пытались спроектировать новые электролиты, которые могли бы способствовать дальнейшему продвижению производительности литий-металлических батарей.Это часто либо органические жидкие электролиты, либо неорганические твердые электролиты.

В то время как некоторые из этих электролитов работали лучше, чем другие, как жидкие, так и твердые альтернативы имеют значительные ограничения.Органические жидкие электролиты могут поставить под угрозу безопасность аккумулятора, в то время как неорганические твердые электролиты обычно имеют высокую устойчивость к разделам, возникающие в результате плохого контакта между твердыми электролитами и твердыми электродами.

Потенциальной альтернативой этим существующим жидкому и твердому электролитам является использование электролитов на основе полимеров.Используя выгодные свойства полимеров, эти электролиты могут преодолеть ограничения ранее введенных электролитов.

Исследователи из Университета Мэриленда, Университета Иллинойса и других институтов недавно представили новый высококонцентрационный, твердотельный полимерный электролит для литий-металлических батарей.Их предлагаемый электролит, изложенная в статье, опубликованной в природе энергии, может повысить безопасность, стабильность и плотность энергии литий-металлических батарей, поддержав хорошую механическую прочность, устраняя границу раздела в полимере и подавляя рост лит дендрита.

«Полимерные электролиты могут воспользоваться преимуществами низкой сопротивления жидких электролитов и высокой безопасности твердых электролитов, но все же страдают от двух проблем: низкая ионная проводимость и рост лит дендрита на аноде и вдоль границы раздела», Вейран Чжан, pH..Студент в Чуншенге Ванг’Грауп в UMD и первый автор газеты, рассказал Tech Xplore.

«Чтобы преодолеть эти проблемы, мы черпали вдохновение из современных жидких электролитов с высокой концентрациейрост дендрита в аноде “.

В то время как высокая концентрация солевой соли может способствовать образованию неорганического SEI и, таким образом, подавлять рост дендритов Li, она также может поставить под угрозу механическую прочность полимеров.Чжан и его коллеги намеревались разработать подход к разработке полимерных смесей с высокой концентрацией, которые сохраняют хорошую механическую прочность.

Их подход основан на понимании, собранных в предыдущих исследованиях, чтобы добавить еще одну композицию, чтобы усилить механическую прочность.Тем не менее, предыдущие исследования также показали, что раздела в твердых электролитах может способствовать росту лит дендрита.Поэтому исследователи предположили, что полимеры должны быть недоступны друг с другом, что устранило бы этот интерфейс.

Основываясь на этом предположении, они затем проверяли состав различных полимеров и в конечном итоге разработали новый многообещающий полимерный электролит.Этот электролит основан на смесях двух смешиваемых полимеров.

«Мы предложили использование двух смешиваемых полимеров: проводящего полимера Li+ и инертного полимера на основе фтора»,-пояснил Чжан.«Проводящий полимер (поли (бис (трифторэтокси) фосфазен)) с высоким содержанием Li-соль (литий-бис (фторсульфонил) имид) действует в качестве супрессора Li-дендрита, образуя слой SEI, который блокирует литий-дендрит и преодолевает короткие цирки.Между тем, инертный полимер (поли (винилиденно-фторид-иксафторпропилен)) добавляет механическую прочность на полиблуниях ».

Исследователи обнаружили, что эта смешиваемая полиблендом приобрела выгодные ассоциативные свойства.В частности, они обнаружили, что их предлагаемая смесь усилила механическую прочность электролита, сохраняя при этом высокую стабильность к литию и сделав его более устойчивой к дендритам лития.Новый электролит также демонстрировал исключительную стабильность высокого напряжения, которая превзошла ранее внедренные полимерные электролиты.

«Таким образом, наш новый сплошной полимерный электролит сочетает в себе высокую механическую прочность со стабильностью, демонстрируя совместимость как с литием-металлом, так и катодами высокого напряжения»,-сказал профессор Чуншенг Ван, главный исследователь в группе.”Традиционные полимерные электролиты демонстрировали ограниченную стабильность в сочетании с анодом металлического лития, что приводит к кулоновской эффективности от 90 до 98%. В нашей работе мы улучшаем этот показатель до более чем 99%, одна из самых современных результатов.сообщил до сих пор “.

«Большинство полимерных электролитов окисляются с низким потенциалом, поэтому они не совместимы с типичным катодом 4,2 В», - сказал Чжан.”С другой стороны, наши полимерные электролиты демонстрируют совместимость с катодом с высокой энергией LINI0.8CO0.1MN0.1O2 (NMC811) при 4,5 В. Это большое улучшение стабильности как с помощью анода LI, так и катода высокого напряжения представляет большой прорыв на полимерных электролитах. ”

Эта недавняя работа Чжана и его коллег представляет стратегию проектирования, которая может помочь преодолеть общие ограничения полимерных электролитов.Вместо того, чтобы просто сообщать о нескольких отдельных электролитах, команда стремится ввести принцип дизайна, который вскоре может быть использован для скрининга других полимерных смесей и изготовления новых полимерных электролитов.

Ван и его команда надеются, что их дизайн содействует крупномасштабному развертыванию и коммерциализации полимерных электролитов.Их предложенная стратегия проектирования вскоре может также привести к введению нового класса высокоэнергетических и безопасных литий-металлических батарей для небольших интеллектуальных устройств.

«До сих пор концепция, представленная в нашей статье, была продемонстрирована и реализована в относительно небольших масштабах, таких как монетные ячейки и небольшие мешочковые клетки», - добавил Ван.«В качестве следующего шага мы будем стремиться к расширению применения, включая производство электролитов в больших количествах. Мы планируем интегрировать эти электролиты в крупные многослойные мешочки с высокой пропускной способностью, чтобы оценить их потенциал для коммерциализации. Дополнительно,Мы проведем дополнительные тесты для оценки аспектов воспламеняемости и безопасности клеток, использующих эти полимерные электролиты ».

Больше информации: Вейран Чжан и др., Однофазные твердые полимерные электролиты локальной концентрации для батарейных батарей, природа энергии (2024).Doi: 10.1038/s41560-023-01443-0

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 📖

Стратегия гальванизации может привести к более безопасным, более стабильным металлическим аккумуляторам

7/19/2024 · 5 мин. чтения

Стратегия гальванизации может привести к более безопасным, более стабильным металлическим аккумуляторам

Исследователи электроники разрабатывают полностью эластичную литий-ионную батарею

7/18/2024 · 5 мин. чтения

Исследователи электроники разрабатывают полностью эластичную литий-ионную батарею