Kif tipprevjeni ċirkwiti qosra fil-ġenerazzjoni li jmiss ta 'batteriji tal-litju? Il-MIT sabet metodu ġdid

Hekk kif ir-riċerkaturi jkomplu jkissru l-konfini tad-disinn tal-batteriji u jfittxu li jwaħħlu aktar qawwa u enerġija fi spazju jew piż partikolari, waħda mit-teknoloġiji l-aktar promettenti li qed jiġu studjati hija l-batteriji tal-jone tal-litju, li jużaw materjali tal-elettroliti solidi bejn żewġ elettrodi minflok likwidi tipiċi.

Iżda dan it-tip ta 'batterija dejjem kien ikkaġunat minn xejra ta' formazzjoni ta 'sporġenza tal-metall ramifikata fuq wieħed mill-elettrodi, fl-aħħar mill-aħħar tgħaqqad l-elettrolit u tikkawża ċirkwit qasir tal-batterija. Issa, riċerkaturi fil-MIT u bnadi oħra sabu mod kif jipprevjenu l-formazzjoni ta 'dendriti, li jistgħu joħorġu l-potenzjal ta' dan it-tip ġdid ta 'batterija ta' enerġija għolja.

Is-sejbiet tar-riċerka ġew ippubblikati fil-ġurnal Natural Energy u tlestew b'mod konġunt mill-istudenti gradwati Richard Parker, il-Professur Jiang Huiming, u l-Professur Craig Carter mill-Massachusetts Institute of Technology, kif ukoll seba' oħrajn mill-Massachusetts Institute of Technology, Texas A&M University , Brown University, u Carnegie Mellon University.

Jiang spjega li l-batteriji tal-istat solidu huma teknoloġija li ilha mfittxija għal żmien twil għal żewġ raġunijiet: is-sigurtà u d-densità tal-enerġija. Madankollu, huwa qal, "L-uniku mod biex tinkiseb din id-densità ta 'enerġija interessanti huwa li tuża elettrodi tal-metall." Qal li għalkemm elettrodi tal-metall xorta jistgħu jiġu kkombinati ma 'elettroliti likwidi biex tinkiseb densità ta' enerġija tajba, dan ma jipprovdix l-istess vantaġġi ta 'sikurezza bħall-elettroliti solidi.

Huwa qal li l-batteriji ta 'stat solidu jagħmlu sens biss fuq elettrodi tal-metall, iżda tentattivi biex jiġu żviluppati batteriji bħal dawn ġew imxekkla minn tkabbir dendritiku, li fl-aħħar mill-aħħar jgħaqqad id-distakk bejn iż-żewġ pjanċi ta' l-elettrodi, u jikkawża short circuit taċ-ċirkwit, iddgħajjef jew iddiżattiva ċ-ċelloli f' il-batterija.

Diġà nafu li meta l-kurrent ikun għoli, id-dendriti jiffurmaw aktar malajr, li normalment ikun meħtieġ għall-iċċarġjar mgħaġġel. S'issa, id-densità tal-kurrent miksuba f'batteriji sperimentali ta 'stat solidu hija ħafna inqas mid-densità tal-kurrent meħtieġa għal batteriji rikarikabbli kummerċjali attwali. Iżda Jiang qal li dan il-prospett ta 'min isegwi minħabba li l-verżjoni sperimentali ta' din il-batterija tista 'taħżen darbtejn l-enerġija tal-batteriji tal-jone tal-litju tradizzjonali.

It-tim solviet il-problema tad-dendriti billi għamel kompromessi bejn stati solidi u likwidi. Huma għamlu elettrodu semi-solidu f'kuntatt mal-materjal tal-elettrolit solidu. L-elettrodu semi-solidu jipprovdi wiċċ li jfejjaq lilu nnifsu fl-interface, aktar milli wiċċ solidu fraġli, li jista 'jwassal għal xquq żgħar u jipprovdi ż-żerriegħa inizjali għall-formazzjoni ta' dendrite.

Din l-idea kienet ispirata minn batteriji sperimentali ta 'temperatura għolja, fejn elettrodi wieħed jew iż-żewġ elettrodi huma komposti minn metall imdewweb. Skont l-ewwel awtur tal-karta, Park, mhuwiex possibbli li tuża ftit mijiet ta 'grad ta' batterija tal-metall imdewweb għal apparati portabbli, iżda dan ix-xogħol juri li l-interfaces likwidi jistgħu jiksbu densità għolja ta 'kurrent mingħajr ma jiffurmaw dendriti. Park qal, "Il-motivazzjoni tagħna hija li niżviluppaw elettrodi bbażati fuq ligi magħżula bir-reqqa biex tintroduċi fażi likwida li tista 'sservi bħala element ta' awto-fejqan għal elettrodi tal-metall."

Spjega li dan il-materjal għandu solidità aktar qawwija minn likwidu, iżda huwa simili għall-amalgama użata mid-dentisti biex timla l-kavitajiet, iżda xorta jista 'jiċċirkola u jifforma forom. Fit-temperatura operattiva normali tal-batterija, tkun fi stat fejn jeżistu kemm fażijiet solidi kif ukoll likwidi simultanjament. F'dan il-każ, il-fażi solida hija magħmula minn taħlita ta 'sodju u potassju. Jiang qal li t-tim ta 'riċerka wera li huwa possibbli li topera s-sistema b'kurrent ta' 20 darba dak tal-użu tal-litju solidu mingħajr ma tifforma xi dendriti. Il-pass li jmiss huwa li tirreplika din il-prestazzjoni bl-użu ta 'elettrodu tal-litju attwali.

Fit-tieni verżjoni tal-batterija tal-istat solidu, it-tim introduċa saff irqiq ħafna ta 'liga tal-potassju tas-sodju likwidu bejn l-elettrodu tal-litju tal-istat solidu u l-elettrolit tal-istat solidu. Huma jindikaw li dan il-metodu jista 'wkoll jegħleb problemi dendritiċi, u jipprovdi approċċ ieħor għal aktar riċerka.

Jiang qal li dan il-metodu ġdid jista 'jiġi applikat faċilment għal ħafna verżjonijiet differenti ta' batteriji tal-litju fi stat solidu, u riċerkaturi madwar id-dinja bħalissa qed jistudjaw dan it-tip ta 'batterija. Qal li l-pass li jmiss għat-tim se jkun li juri l-applikabbiltà tas-sistema f’diversi arkitetturi ta’ batteriji. L-awtur tal-ko Viswanatan, professur tal-inġinerija mekkanika fl-Università Carnegie Mellon, qal, "Aħna nemmnu li nistgħu nittrasformaw dan il-metodu fi kwalunkwe batterija tal-jone tal-litju fi stat solidu. Nemmnu li tista 'tiġi applikata immedjatament fl-iżvilupp tal-batterija, użata ħafna f'apparat li jinżamm fl-idejn. , vetturi elettriċi, u kampijiet elettriċi."