Более безопасные батареи
Новый метод проектирования твердотельных батарей начинается с жидких электролитов внутри электрохимической ячейки. Затем специальные молекулы инициируют полимеризацию, улучшая контакт между электролитом и электродами.
Исследователи Корнеллского университета разработали конструкцию твердотельных батарей. Начав с жидких электролитов, а затем превратив их в твердые полимеры внутри электрохимической ячейки, исследователи используют как свойства жидкости, так и твердого вещества, чтобы преодолеть ключевые ограничения в современных конструкциях батарей.
«Представьте себе стакан, полный кубиков льда: часть льда будет соприкасаться со стеклом, но при этом остаются пробелы», - сказал Цин Чжао, ведущий автор исследования. «Но если вы заполните стакан водой и заморозите его, пробелы будут полностью покрыты, и вы установите прочную связь между твердой поверхностью стекла и его жидким содержимым. Эта же общая концепция в батарее, способствует высокой скорости передачи ионов через твердые поверхности электродов к электролиту, без необходимости использования горючей жидкости».
Ключевым моментом является введение специальных молекул, способных инициировать полимеризацию внутри электрохимической ячейки, без ущерба для других функций ячейки. Если электролит представляет собой циклический эфир, инициатор может быть спроектирован так, чтобы разрывать кольцо, создавая реакционноспособные мономерные нити, которые соединяются вместе, образуя длинные цепочечные молекулы по существу с той же химией, что и эфир. Теперь твердый полимер сохраняет плотные соединения на металлических поверхностях, как лед внутри стекла.
Помимо своей актуальности в роли повышения безопасности аккумуляторов, твердотельные электролиты также полезны для использования в аккумуляторах следующего поколения, которые используют металлы, в том числе литий и алюминий, в качестве анодов для достижения гораздо большего накопления энергии. В этом контексте твердотельный электролит предотвращает образование дендритов в металле, что может вызвать короткое замыкание батареи и привести к перегреву и выходу из строя.
Несмотря на явные преимущества твердотельных батарей, попытки промышленности производить их в больших масштабах натолкнулись на неудачи. Производственные затраты высоки, а плохие межфазные свойства предыдущих конструкций представляют значительные технические трудности. Твердотельная система также позволяет обойтись без охлаждения батареи, обеспечивая устойчивость к тепловым изменениям. По словам профессора Линдена Арчера, эта новая стратегия для создания твердых полимерных электролитов особенно интересна, потому что она демонстрирует перспективу увеличения продолжительности цикла и возможности перезарядки перезаряжаемых металлических аккумуляторов с высокой плотностью энергии.
Перевод: Relektor.kz Источник: newelectronics.co.uk
