Новые, молодые шоу исследования, добавляющие небольшое количество химического лития hexafluorophosphate к двойной соли, карбонат основанный на растворителе электролит, могут сделать перезаряжающиеся литиево-металлические батареи стабильными, обвинение быстро и иметь высокое напряжение.«У хорошей литиево-металлической батареи будет та же самая продолжительность жизни как литий-ионные аккумуляторы, что власть сегодняшние электромобили и потребитель, электрические устройства, но также и хранят больше энергии, таким образом, мы можем вести дольше промежуточные обвинения», сказал химик У Сюй из Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории Министерства энергетики.
Сюй – соответствующий автор на работе, опубликованной сегодня в журнале Nature Energy.Основы батареи
Большинство аккумуляторов, используемых сегодня, является литий-ионными аккумуляторами, у которых есть два электрода: один это положительно заряжено и содержит литий и другого отрицательный, которым это, как правило, делается из графита. Электричество произведено, когда электроны текут через провод, который соединяет два.Управлять электронами, положительно заряженный литиевый шаттл атомов от одного электрода до другого через другой путь, решение для электролита, в котором сидят электроды. Но графит не может сохранить много энергии, ограничив сумму энергии, которую литий-ионный аккумулятор может обеспечить смартфонам и электромобилям.
Когда основанные на литии аккумуляторы были сначала разработаны в 1970-х, исследователи использовали литиевый металл для отрицательного электрода, названного анодом. Литий был выбран, потому что у него есть в десять раз больше способности аккумулирования энергии, чем графит.
Проблема была, несущий литий электролит реагировал с литиевым анодом. Этот вызванные микроскопические литиевые наночастицы и отделения назвали дендриты, чтобы вырасти на поверхности анода и принудили ранние батареи выходить из строя.Многие щипнули аккумуляторы за эти годы в попытке решить древовидную проблему. Исследователи переключились на другие материалы, такие как графит для анода.
Ученые также покрыли аноды защитными слоями, в то время как другие создали добавки электролита. Некоторые решения устранили дендриты, но также и привели к непрактичным батареям с небольшой властью. Другие методы только замедлились, но не остановились, древовидный рост.
Хранение следующего поколенияРазмышление, которым сегодняшние перезаряжающиеся литий-ионные аккумуляторы с анодами графита могли быть около их пиковой энергетической способности, PNNL, бросает другой взгляд на более старый дизайн с литиевым металлом как анод.
Сюй и коллеги были частью ранее исследования PNNL, ища лучше выступающий электролит. Электролиты, которые они попробовали произведенный или батарея, которая не имела проблематичных дендритов и была суперэффективна, но заряжена очень медленно и не могли работать в батареях более высокого напряжения или быстрее заряжающей батарее, которая была нестабильна и имела низкие напряжения.Затем, они пытались добавить небольшие количества соли, это уже используется в литий-ионных аккумуляторах, литий hexafluorophosphate, к их быстро заряжающему электролиту. Они соединили недавно сочный электролит с литиевым анодом и литиевым марганцевым катодом окиси кобальта никеля.
Это оказалось выигрышной комбинацией, приводящей к быстрой, эффективной, высоковольтной батарее.Добавка позволила 4,3-вольтовую батарею, которая сохранила больше чем 97 процентов ее начального обвинения после 500 повторных обвинений и выбросов, неся 1,75 миллиампера электрического тока за квадратный сантиметр области. Батарее потребовался приблизительно один час, чтобы полностью зарядить.
Недорогая защитаБатарея выступила хорошо в основном, потому что добавка помогает создать прочный защитный слой полимеров карбоната на литиевом аноде батареи.
Этот тонкий слой препятствует тому, чтобы литий был израсходован в нежелательных реакциях стороны, которые могут убить батарею.И, потому что добавка уже – установленный компонент литий-ионных аккумуляторов, это легко доступно и относительно недорого. Необходимые небольшие количества – всего 0. 6 процентов электролита в развес – должны также далее понизить стоимость электролита.Сюй и его команда продолжают оценивать несколько способов сделать перезаряжающиеся литиево-металлические батареи жизнеспособными, включая улучшающиеся электроды, сепараторы и электролиты.
Определенные следующие шаги включают создание и тестирование больших количеств их электролита, далее повышение задержания эффективности и способности литиево-металлической батареи, используя их электролит, увеличивая существенную нагрузку на катод и попытку более тонкого анода.