Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει έναν νέο τρόπο να βελτιώσουν την ιονική αποδοτικότητα μπαταριών λίθιου

Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει έναν νέο τρόπο να βελτιώσουν την ιονική αποδοτικότητα μπαταριών λίθιου. Μέσω της αύξησης ενός κυβικού στρώματος κρυστάλλου, οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει ένα λεπτό και πυκνό συνδέοντας στρώμα μεταξύ των ηλεκτροδίων της μπαταρίας.

Ο καθηγητής Nobuyuki Zettsu από το κέντρο για την ενέργεια και την περιβαλλοντική επιστήμη στο τμήμα χημείας υλικών του πανεπιστημίου Shinshu στην Ιαπωνία και το διευθυντή του κέντρου, καθηγητής Katsuya Teshima, οδήγησε την έρευνα.

Οι συντάκτες δημόσιευσαν τα αποτελέσματά τους on-line τον Ιανουάριο φέτος στις επιστημονικές εκθέσεις.

«Εξ αιτίας μερικών εγγενών χαρακτηριστικών των υγρών ηλεκτρολυτών, όπως ο χαμηλός αριθμός μεταφορών λίθιου, η σύνθετη αντίδραση στη στερεά/υγρή διεπαφή, και τη θερμική αστάθεια, δεν είναι δυνατό να επιτευχθεί ταυτόχρονα η υψηλή ενέργεια και η δύναμη σε οποιεσδήποτε από τις τρέχουσες ηλεκτροχημικές συσκευές,» εν λόγω Nobuyuki Zettsu, ως πρώτο συντάκτη σε χαρτί.

Οι ιονικές μπαταρίες λίθιου είναι επαναφορτιζόμενες και τροφοδοτούν τέτοιες συσκευές όπως τα τηλέφωνα κυττάρων, τα lap-top, τα εργαλεία δύναμης, και ακόμη και τη δύναμη καταστημάτων για το ηλεκτρικό πλέγμα. Είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι στις ροές θερμοκρασίας, και ήταν γνωστοί για να προκαλούν τις πυρκαγιές ή ακόμα και τις εκρήξεις. Σε απάντηση στα προβλήματα με τους υγρούς ηλεκτρολύτες, οι επιστήμονες εργάζονται προς την ανάπτυξη μιας καλύτερης όλος-στερεός-κρατικής μπαταρίας χωρίς υγρό.

«Παρά τα αναμενόμενα πλεονεκτήματα των όλος-στερεός-κρατικών μπαταριών, το χαρακτηριστικό δύναμης και οι ενεργειακές πυκνότητές τους πρέπει να βελτιωθούν για να επιτρέψουν την αίτησή τους σε τέτοιες τεχνολογίες όπως τα μεγάλης ακτίνας ηλεκτρικά οχήματα,» Zettsu εν λόγω. «Οι χαμηλές ικανότητες ποσοστού και οι χαμηλές ενεργειακές πυκνότητες των όλος-στερεός-κρατικών μπαταριών οφείλονται εν μέρει σε μια έλλειψη κατάλληλων solid-solid ετερογενών τεχνολογιών σχηματισμού διεπαφών που εκθέτουν την υψηλή εικονική αγωγιμότητα συγκρίσιμη με τα υγρά συστήματα ηλεκτρολυτών.»

Το Zettsu και η ομάδα του αυξήθηκαν τα στερεά κρύσταλλα ηλεκτρολυτών οξειδίων γρανάτης-τύπων σε λειωμένο LiOH που χρησιμοποιήθηκαν ως διαλύτης (ροή) σε ένα υπόστρωμα που σύνδεσε το ηλεκτρόδιο σε ένα στερεάς κατάστασης καθώς αυξήθηκαν. Μια συγκεκριμένη ένωση κρυστάλλου που ήταν γνωστή για να αυξάνεται κυβικά επέτρεψε στους ερευνητές για να ελέγξει την περιοχή πάχους και σύνδεσης μέσα στο στρώμα, το οποίο ενεργεί ως κεραμικός διαχωριστής.

«Οι παρατηρήσεις μικροσκόπησης ηλεκτρονίων αποκάλυψαν ότι η επιφάνεια καλύπτεται πυκνά με τα καθορισμένα με σαφήνεια πολύεδρα κρύσταλλα. Κάθε κρύσταλλο συνδέεται με γειτονικά,» έγραψε Zettsu.

Το Zettsu επίσης είπε ότι το πρόσφατα αυξημένο στρώμα κρυστάλλου θα μπορούσε να είναι ο ιδανικός κεραμικός διαχωριστής κατά το συσσώρευση του στρώματος ηλεκτρολυτών στο στρώμα ηλεκτροδίων.

«Πιστεύουμε ότι η προσέγγισή μας που έχει την ευρωστία ενάντια στις δευτερεύουσες αντιδράσεις στη διεπαφή θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει στην παραγωγή των ιδανικών κεραμικών διαχωριστών με μια λεπτή και πυκνή διεπαφή,» γράψαμε Zettsu, σημειώνοντας ότι η κεραμική που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το ιδιαίτερο πείραμα ήταν πάρα πολύ παχιά για να χρησιμοποιηθεί στις στερεές μπαταρίες. «Εντούτοις, εφ' όσον μπορεί να γίνει το στρώμα ηλεκτροδίων τόσο λεπτό όπως 100 μικρά, το στρώμα συσσώρευσης θα λειτουργήσει ως στερεά μπαταρία.»

Εκατό μικρά είναι για το πλάτος ανθρώπινα μαλλιών, και ελαφρώς λιγότερο από δύο φορές το πάχος ενός τυποποιημένου στρώματος ηλεκτροδίων στις σύγχρονες λίθιο-ιονικές μπαταρίες.

Οι «όλος-στερεός-κρατικές μπαταρίες υπόσχονται τους υποψηφίους για τις ενεργειακές συσκευές αποθήκευσης,» Zettsu εν λόγω, σημειώνοντας ότι διάφορες συνεργασίες μεταξύ των ερευνητών και των ιδιωτικών εταιρειών είναι ήδη εν εξελίξει με το τελικό σκοπό τα δείγματα όλος-στερεός-κρατικών μπαταριών στους 2020 Ολυμπιακούς Αγώνες στο Τόκιο.

Το Zettsu και άλλοι ερευνητές προγραμματίζουν να κατασκευάσουν τα κύτταρα πρωτοτύπων για την ηλεκτρική χρήση οχημάτων και για τις φορετές συσκευές ως το 2022.

Άλλοι συνεργάτες σε αυτό το πρόγραμμα περιλαμβάνουν τους ερευνητές από το ίδρυμα για την έρευνα υλικών στο πανεπιστήμιο Tohoku, το συνοριακό ερευνητικό κέντρο για την επιστήμη υλικών στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Νάγκουα, και το εθνικό ίδρυμα για την επιστήμη υλικών

Πηγή: Επιστήμη καθημερινά