Yeni tasarım sayesinde 'Workhorse' lityum pil daha güçlü olabilir

July 11, 2018

Cornell Üniversitesi kimya mühendisliği profesörü Lynden Archer, pil teknolojisinin “devrim” olması gerektiğine inanıyor ve laboratuvarının ilk çekimlerden birini gerçekleştirdiğini düşünüyor.

Archer, “Şu anda sahip olduğumuz [lityum-iyon pil teknolojisinde] aslında yeteneklerinin sınırlarında. "Yeni elektronik teknolojilerini güçlendiren güç lityum iyon batarya, teorik depolama kapasitesinin% 90'ından fazlasında çalışıyor. Küçük mühendislik uygulamaları daha fazla depolama alanına sahip daha iyi pillere neden olabilir, ancak bu uzun vadeli bir çözüm değildir. ."

“Bir çeşit radikal zihniyet değişikliğine ihtiyacın var” dedi ve “bu, başlangıçta neredeyse başlamak zorunda olduğunuz anlamına geliyor” dedi.

Snehashis "Sne" Choudhury, Ph.D. '18, Archer'ın enerji-yoğun metalik lityum anotları kullanan şarj edilebilir pillerle ilgili temel bir soruna "zarif" bir çözüm getirdiğini ortaya koydu: bazen anottan gelen lityumun dikenleri olan dendritlere bağlı olarak bazen felaketsel kararsızlık iyonlar, şarj ve deşarj döngüleri sırasında elektrolit boyunca ileri ve geri hareket eder.

Dendrit, ayırıcıdan kırılır ve katoda ulaşırsa, kısa devre ve yangın meydana gelebilir. Katı elektrolitlerin, dendritin büyümesini mekanik olarak baskıladığı, fakat hızlı iyon aktarımının pahasına olduğu gösterilmiştir. Choudhury'nin çözümü: Kimyasal olarak kontrol edilebilen elektrolitin kendisinin yapısına bağlı olarak daralmış dendrit büyümesi.

Archer grubunun 2015 yılında uygulamaya koyduğu bir reaksiyon prosedürünü kullanarak, "iyonize edilmiş kıllı nanopartiküller" (silika nanoparçacıklar ve işlevselleştirilmiş bir polimer (polipropilen oksit) grefti kullanırlar - bu, rota iyonlarının etkili bir şekilde uzamasını sağlayan gözenekli bir elektrolit oluştururlar. anoddan katoda ve geri yolculuk yapmak, anodun ömrünü çarpıcı biçimde arttırmak.

Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı , "Yapılandırılmış Elektrolitlerde Metallerin Elektrolitik Olarak Kaplanması" başlıklı makalesi yayınlandı. Kimya mühendisliğinde yükselen bir gençlik fakültesi olan Choudhury ve Dylan Vu ortak yazarlar.

Doktora sonrası çalışmaları için Stanford Üniversitesine giden Choudhury, deneysel akülerinin iç işleyişlerinin doğrudan görselleştirilmesi için bir yöntem geliştirdi. Grup, Choudhury'nin cihazı ile dendrit büyümesi hakkındaki teorik tahminleri doğruladı.

2000'den bu yana Cornell'de bulunan Archer, “Bu, benim istediğim, üç doktora öğrencisi için yaşamak istediğim bir şey” dedi. “Sne'nin yapabildiği şey, lityum-metal arabiriminde neyin meydana geldiğini görselleştirmemize izin veren, bize şimdi teorik tahminlerin ötesine geçme yeteneği veren bir hücre tasarlamaktı.”

Bu çalışmanın bir başka yeniliği olan Archer, pil biliminde "bir kanonun bir şeyini devirmek" olduğunu söyledi. Dendrite büyümesini bastırmak için, batarya içindeki ayırıcının bastırmaya çalıştığı metalden daha güçlü olması gerektiği, ancak Choudhury'nin gözenekli polimer separatörünün - 500 nanometreden daha az ortalama gözenek büyüklüğüne sahip - tutuklandığını gösteren büyüme.