Litiummetalliakkujen rajapintojen haasteiden ratkaisuja

Litiummetalliakut ovat herättäneet huomiota seuraavan sukupolven teknologiana, joka kykenee ylittämään nykyisten litiumioniakkujen kapasiteettirajat.

Korealaisen KAIST:n tutkimusryhmä on kehittänyt keskeisen teknologian, joka voi ratkaista dendriitteihin liittyvän haasteen.

Professoreiden Nam-Soon Choin ja Seungbum Hongin johtama tutkimusryhmä on yhdesssä professori Sang Kyu Kwakin ryhmän kanssa Korean yliopistosta kehittänyt teknologian, joka ratkaisee litiummetalliakkujen kriittisimmän haasteen, "rajapinnan epävakauden", elektronisen rakenteen tasolla.

Tutkimusryhmä toteutti "älykkään suojakerroksen", joka mahdollistaa litiumionien vakaan liikkumisen elektrodin pinnalla lisäämällä tiofeenia akun elektrolyyttiin. Suojakerroksen sisällä oleva varausjakauma muuttuu joustavasti aina, kun litiumionit liikkuvat, mikä luo optimaalisia reittejä.

Tämän seurauksena he onnistuivat tehokkaasti estämään dendriittien kasvua jopa nopean latauksen olosuhteissa ja pidentämään akun käyttöikää merkittävästi.

Tätä teknologiaa voidaan soveltaa useisiin nykyisin laajalti käytettyihin katodimateriaaleihin, kuten litiumrautafosfaattiin (LiFePO₄), litiumkobolttioksidiin (LiCoO₂) ja litiumnikkeli-koboltti-mangaanioksidiin LiNi x Co y Mn 1-xy O₂ .

Samaan aikaan tämän tutkimuksen kanssa tehtiin Hyundai Motor Companyn ja Korean kansallisen tutkimussäätiön tutkimusta konjugaatiovälitteisistä ja napaisuuden mukaan vaihdettavista rajapintakerroksista litiummetalliakkujen nopeaa syklikäyttöä ajatellen.

Työssä selvitettiin kiinteän elektrolyytin rajapinnan (SEI) keskeistä roolia litiummetalliakkujen Li-metallianodilla luomalla konjugaatiovälitteisen ja polariteettia muuttavan rajapinta-arkkitehtuuri.

Tiofeeniin upotettu polymeerin kaltainen SEI, joka muodostuu tiofeenin in situ sähkökemiallisesta oligomeroinnista, parantaa Li + -ionijohtavuutta koordinoitumalla yksinäisten elektronipareiden kanssa sp2 - orbitaaleissa.

Samanaikaisesti sp2- hybridisoituneita C=C-sidoksia ja S-atomeja sisältävät konjugoidut π-järjestelmät mahdollistavat pz- orbitaalien vaihtokytkettavän polariteetin, mikä helpottaa dynaamista elektronipilven uudelleenjakautumista Li-pinnoituksen ja -irrotuksen aikana.

Tämä orbitaalitason sopeutumiskyky kiihdyttää Li +-ionin migraatiota, estää dendriittisten solujen kasvua ja vakauttaa Li-metalli-pinnan suurvirtakäytössä.

Aiheesta aiemmin:

Litiumin magneettinen ohjaus mahdollistaa tehokkaan ja turvallisen akun

Tiedettä kokeilujen sijaan Li-Ion akkujen suunnitteluun

Kohti anoditonta kiintoaineakkua