Большинство исследователей аккумуляторов согласны с тем, что следующий шаг в передовых литиевых батареях будет включать твердотельные электролиты. В современных коммерческих литиево-ионных батареях используются электролиты, состоящие из жидких органических растворителей, которые легко воспламеняются. Это может поставить под угрозу безопасность крупномасштабных литиево-ионных элементов, таких как те, которые используются в электрических транспортных средствах (EV) или для хранения сетки.
Твердые электролиты также могут увеличить емкость аккумулятора и производительность в 2-3 раза за счет использования литиевого металла в качестве анода. В коммерческих ячейках в настоящее время используются аноды из углеродного графита, которые интеркалируют ионы лития во время зарядки и выпускают их во время разряда. Этот подход позволяет избежать образования колючих дендритных кристаллов, которые образуются на поверхности металла лития во время зарядки. Углеродный анод не может выделять столько ионов лития, сколько металлический литий, и, следовательно, имеет более низкий уровень производительности. Кристаллы дендрита, которые могут свободно расти с поверхности металла лития в жидкий электролит, будут ограничены и ограничены плотным твердым электролитом.
| Другие проблемы Быстрый литий-ионный проводящий оксид граната, разработанный Inada, Li7-xLa3Zr2-xTaxO12 (x = 0,4-0,5, называемый LLZTO), является хорошим кандидатом для твердого электролита из-за его хороших ионно-проводящих свойств и высокой электрохимическая стабильность. Тем не менее у него есть некоторые другие проблемы, которые необходимо решить. Высокотемпературное спекание при 1000-1200 ° C, необходимое для уплотнения, создает побочные реакции на границе с возможными материалами катода. Это предотвращает возможность совместного спекания твердого электролита с катодом. Чтобы преодолеть это ограничение, Инада и его команда изготовили тонкопленочный катод литий-триванадата (LiV3O8, называемый LVO) на гранат-типа LLZTO с использованием метода осаждения аэрозолей. Этот метод комнатной температуры создает пленку материала, воздействуя на керамические частицы на подложку. Контроль размера и формы частиц позволяет создавать плотную и толстую керамическую пленку без какой-либо термической обработки. Используя аэрозольное осаждение, Inada удалось добавить толстопленочный катод толщиной 5-6 мкм к предварительно спеченному твердому электролиту на основе оксида LLZTO. Литий-металлическая фольга была прикреплена к противоположной стороне твердого электролита, образуя испытательную батарейную ячейку. . Свойства тестируемых клеток измеряли при 50 ° С и 100 ° С. При более низкой температуре измеряли емкость батареи 100 миллиампер / час (мАч / гм). Тем не менее, при 100 ° C емкость увеличилась до многообещающего 300 мАч / гм — о том, что катод LVO будет поставлять с обычным жидким электролитом. ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:
Результаты экспериментов Университета Toyohashi имеют некоторые существенные последствия. Они показали, что твердый электролит на основе оксида может производить высокую проводимость ионов лития при хорошей химической стабильности. Они также нашли способ получения толстого пленочного LVO-катода с высокой адгезией и хорошими электрохимическими свойствами, когда аэрозоль осаждается на твердую подложку электролита. Хотя твердотельные электролиты еще не готовы к прайм-тайм, исследователи материалов находят решения проблем, которые они создают. Эта работа и постоянные усилия исследовательских команд по всему миру приближают обещание твердотельных электролитов к реальности. Старший редактор Кевин Клеменс уже более 30 лет пишет об энергетических, автомобильных и транспортных темах. Имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень по машиностроению, специализирующуюся на аэродинамике. Он установил несколько мировых наземных скоростных рекордов на электрических мотоциклах, которые он построил в своей мастерской.
|
Загрузка...