Bekliyormusun Bu yeni teknoloji daha dayanıklı lityum piller üretebilir!
Güvenli çalışmayı sağlarken, enerji depolamayı iyileştirmenin ve pil ömrünü uzatmanın büyük zorlukları gittikçe daha önemli hale geliyor, çünkü taşınabilir cihazlardan elektrikli araçlara kadar bu enerjiye giderek daha fazla bağımlı hale geliyoruz. Malzeme bilimi ve mühendisliği yardımcı doçenti Yuan Yang liderliğindeki Columbia Üniversitesi mühendislik ekibi, 22 Nisan 2019'da lityum metal pilleri bor nitrür nano kaplamaları implante ederek stabilize etmek için yeni bir yöntem geliştirdiklerini duyurdu. Katı elektrolit, dolayısıyla pil ömrünü güvenli bir şekilde uzatır, araştırma bulguları "Joule" de yayınlandı. Geleneksel lityum iyon piller şu anda günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak enerji yoğunlukları düşüktür ve bu da pil ömrünün kısalmasına neden olur.
Ve pil son derece yanıcı sıvı elektrolit içerdiğinden, kısa devre yapabilir ve hatta alev alabilir. Lityum iyon pillerde kullanılan grafit anotların lityum metal ile değiştirilmesi enerji yoğunluğunu artırabilir: lityum metalin teorik şarj kapasitesi grafitinkinden yaklaşık 10 kat daha yüksektir. Ancak lityum elektrokaplama işleminde sıklıkla dendritler oluşur, bataryanın ortasındaki ayırıcıya girerlerse kısa devreye neden olur ve insanların batarya güvenliği konusunda endişelenmesine neden olur. Araştırma ekibi katı seramik elektrolitlere odaklanmaya karar verdi.Geleneksel lityum iyon pillerdeki yanıcı elektrolitler ile karşılaştırıldığında, güvenlik ve enerji yoğunluğunu iyileştirmede büyük potansiyel gösterdiler. Yeniden şarj edilebilir katı hal lityum piller, gelecek nesil enerji depolama için ümit verici adaylar oldukları için özellikle ilgi çekicidir Katı elektrolitlerin çoğu seramiktir, bu nedenle yanıcı değildirler ve güvenlik tehlikelerini ortadan kaldırırlar.
- Yapay bir bor nitrür (BN) film, kimyasal ve mekanik olarak lityuma dirençlidir. Lityum alüminyum titanyum fosfatı (LATP) elektronik olarak lityumdan izole eder, ancak yine de polioksietilen (PEO) tarafından infiltre edildiğinde sağlayabilir. Kararlı dolaşım sağlamak için kararlı iyon kanalları. Resim: Qian Cheng / Columbia Engineering
Ek olarak, katı seramik elektrolit, lityum dendritlerin büyümesini fiilen engelleyebilen yüksek mekanik dayanıma sahiptir ve lityum metali pil anotları için kaplama seçeneği haline getirir. Bununla birlikte, çoğu katı elektrolit, lityum iyonlarına karşı kararsızdır, metalik lityum tarafından kolayca aşınır ve pillerde kullanılamaz. Makalenin ilk yazarı ve Uygulamalı Fizik ve Uygulamalı Matematik Bölümünde doktora sonrası bir bilim insanı olan Qian Cheng (transliterasyon) şunları söyledi: Lityum metal, enerji yoğunluğunu artırmak için vazgeçilmezdir, bu nedenle onu katı elektrolitler için bir anot olarak kullanabilmemiz hayati önem taşır. Bu kararsız katı elektrolitleri pratik uygulamalara adapte etmek için, bu katı elektrolitleri lityum anotlardan korumak için kimyasal ve mekanik olarak stabil bir arayüz geliştirilmelidir.
Lityum iyonlarını taşımak için, arayüz sadece yüksek derecede elektronik yalıtıma sahip olmamalı, aynı zamanda çok önemli olan iyon iletkenliğine de sahip olmalıdır. Ek olarak, pilin enerji yoğunluğunu düşürmekten kaçınmak için arayüz ultra ince olmalıdır. Ekip, bu zorlukların üstesinden gelmek için Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve New York City Üniversitesi'nden meslektaşlarla çalıştı. Metal lityum ve iyonik iletken (katı elektrolit) arasındaki elektriksel teması izole etmek için koruyucu bir tabaka olarak 5-10 nm'lik bir bor nitrür (BN) nano filmi biriktirilir ve elektrot / elektrolit arayüzüne nüfuz etmek için az miktarda polimer veya sıvı elektrolit eklenir. BN, metalik lityum ile kimyasal ve mekanik olarak kararlı olduğu ve yüksek derecede elektrik yalıtımı sağladığı için koruyucu katman olarak seçilmiştir. Bor nitrür tabakası, lityum iyonlarının geçebileceği doğal kusurlara sahip olacak şekilde tasarlanmıştır, bu da onu mükemmel bir ayırıcı yapar.
(Resim) Soldaki resim, lityum metalle temas eden lityum alüminyum titanyum fosfat (LATP) parçacıklarının hemen azalacağını ve lityum ile katı elektrolit arasındaki ciddi yan reaksiyonların pilin birkaç döngü içinde arızalanmasına neden olacağını göstermektedir. Sağda gösterilen, lityuma kimyasal ve mekanik olarak dirençli yapay bir bor nitrür filmdir. LATP'yi elektronik olarak lityumdan izole eder, ancak polietilen oksit (PEO) ile nüfuz ettiğinde, yine de kararlı bir iyon kanalı sağlayabilir ve böylece kararlı bir sirkülasyon sağlar. Resim: Qian Cheng / Columbia Engineering
Ek olarak, kimyasal buhar biriktirme yoluyla bor nitrürün hazırlanması, büyük ölçekli (~ dm seviyesi), atomik olarak ince ölçekli (~ nm düzeyinde) ve sürekli filmler oluşturmak kolaydır. İlk araştırmalar sadece 200 mikron kalınlığında bir polimer koruyucu tabaka kullansa da, sadece 5 ila 10 nanometre kalınlığa sahip yeni araştırılan BN koruyucu film, pilin enerji yoğunluğunu azaltmadan bu koruyucu tabakanın sınırında hala çok ince. Bu, metalik lityumun katı elektroliti istila etmesini önlemek için bir bariyer görevi görebilecek mükemmel bir malzemedir. Tıpkı kurşun geçirmez yelekler gibi, dengesiz katı elektrolitler için lityum metal kurşun geçirmez bir yelek geliştirildi.Bu yenilik sayesinde, uzun çevrim ömürlü bir lityum metal pil gerçekleştirildi. Araştırmacılar şu anda yeni yöntemi çok çeşitli dengesiz katı elektrolitlere genişletiyor ve yüksek performanslı, uzun ömürlü katı hal pilleri yaratmayı umarak arayüzü daha da optimize ediyorlar.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Columbia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi
Referans dergi makaleleri: "Joule"
DOI: 10.1016 / j.joule.2019.03.022
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Sol alt köşede [Daha fazla bilgi] Boke Garden uygulamasını indirin
