Uusi elektrolyytti kiinteärakenteisille litiumioniakuille

Tässä esitetyn kaltaiset klooripohjaiset elektrolyytit tarjoavat paremman suorituskyvyn solid-state-litiumioniakuille.

Suurempi kuva

Argonnen kansallisessa laboratoriossa työskentelevät Kanadan Waterloon yliopiston tutkijat ovat löytäneet akuille uuden kiinteän elektrolyytin, joka tarjoaa useita tärkeitä etuja.

Litiumista, skandiumista, indiumista ja kloorista koostuva elektrolyytti johtaa litiumioneja hyvin, mutta elektroneja huonosti. Tämä yhdistelmä on välttämätön, jotta voidaan luoda täysin kiinteärakenteinen akku, joka toimii menettämättä merkittävästi kapasiteettia yli sadan jakson ajan korkealla neljän voltin jännitteellä ja tuhansia jaksoja pienemmällä jännitteellä.

Elektrolyytin kloridiluonne on avain sen vakauteen yli neljän voltin käyttöolosuhteissa – mikä tarkoittaa, että se soveltuu tyypillisille katodimateriaaleille, jotka muodostavat nykypäivän litiumionikennojen perustan.

”Kiinteän olomuodon elektrolyytin tärkein vetovoima on, että se ei voi syttyä palamaan ja sen voi sijoittaa tehokkaasti akkukennoon; olimme iloisia voidessamme esitellä vakaan suurjännitetoiminnan", sanoo Waterloon kemian tutkimusprofessori Linda Nazar.

Vaikka Nazarin ryhmä ei ollut ensimmäinen, joka kehitteli kloridielektrolyyttiä, päätös vaihtaa puolet indiumista skandiumiin heidän aikaisemman työnsä perusteella osoittautui voittajaksi alhaisemman elektronisen ja korkeamman ionijohtavuuden suhteen.

"Kloridielektrolyytit ovat tulleet yhä houkuttelevammiksi, koska ne hapettuvat vain korkeilla jännitteillä ja jotkut ovat kemiallisesti yhteensopivia parhaiden katodien kanssa", Nazar toteaa." Niitä on raportoitu äskettäin mutta suunnittelimme sellaisen, jolla on selkeät edut."

Yksi kemiallinen avain ioninjohtavuuteen oli materiaalin risteävässä 3D- rakenteessa, jota kutsutaan spinelliksi. Tutkijoiden täytyi tasapainottaa kaksi kilpailevaa toivetta - varata spinelliin mahdollisimman paljon varausta kuljettavia ioneja, mutta myös jättää kohdat auki ionien kulkemista varten.", Nazar selvittää.

Nazarin mukaan ihanteellinen tilanne olisi, että puolet spinellirakenteen kohdista olisi litiumin varassa, kun taas toinen puoli jää auki, mutta hän selitti, että tilanteen luominen on vaikea suunnitella.

Litiumin hyvän ioninjohtavuuden lisäksi Nazarin ja hänen kollegoidensa oli varmistettava, että elektronit eivät voi liikkua helposti elektrolyytin läpi käynnistääkseen sen hajoamisen korkealla jännitteellä."

Nazar sanoi, että ei ole vielä selvää, miksi elektroninen johtavuus on alhaisempi kuin monissa aiemmin raportoiduissa kloridielektrolyyteissä mutta se kuitenkin auttaa luomaan puhtaan rajapinnan katodimateriaalin ja kiinteän elektrolyytin välille, mikä on suurelta osin vastuussa vakaasta suorituskyvystä jopa suurilla määrillä aktiivista materiaalia katodissa.

Aiheesta aiemmin:

Perusteita tehokkaammille akuille

Seuraavan sukupolven litiumakkuja