リチウムイオン電池の電解質として液晶を使えば、安定したリチウム金属電池を作ることができるようになるでしょうか?
カーネギーメロン大学による興味深い研究。 科学者は、リチウムイオンセルに液晶を使用して、エネルギー密度、安定性、および充電容量を高めることを提案しています。 作業はまだ進んでいないため、完成まで少なくとも XNUMX 年は待つ予定です。
液晶はディスプレイに革命をもたらし、今度はバッテリーを助けることもできる
目次
- 液晶はディスプレイに革命をもたらし、今度はバッテリーを助けることもできる
- 液体固体電解質を得るコツとしての液晶
つまり、リチウムイオン電池メーカーは現在、より高い充電容量での安定性の向上などの性能を維持または向上させながら、電池のエネルギー密度を高めることに努めています。 そのアイデアは、バッテリーをより軽く、より安全に、そしてより速く充電することです。 早い、安い、良いという三角形のようなものです。
セルの比エネルギーを大幅に増加させる (1,5 ～ 3 倍) 方法の XNUMX つは、リチウム金属 (Li 金属) で作られたアノードの使用です。。 これまでのように炭素やシリコンではなく、素子の容量に直接関与する元素であるリチウムからです。 問題は、この配置により、最終的に XNUMX つの電極を接続する金属の突起であるリチウム樹枝状結晶が急速に発達し、それらが損傷することです。
液体固体電解質を得るコツとしての液晶
現在、さまざまな材料でアノードをパッケージ化して、リチウム イオンの流れを可能にするが固体構造の成長を可能にしない外殻を形成する作業が進行中です。 この問題の潜在的な解決策は、樹状突起が貫通できない壁である固体電解質の使用でもあります。
カーネギーメロン大学の科学者たちは、別のアプローチをとりました。 彼らは実証済みの液体電解質を使い続けたいと考えていますが、液晶をベースにしています。. 液晶は、液晶と結晶の中間の構造、つまり規則正しい構造を持つ固体です。 液晶は液体ですが、その分子は高度に秩序化されています (出典)。
分子レベルでは、液晶電解質の構造は単なる結晶構造であるため、樹枝状結晶の成長は妨げられます。 しかし、私たちは依然として液体、つまりイオンが電極間を流れることを可能にする相を扱っています。 樹状突起の成長がブロックされ、負荷が流れる必要があります。
この研究ではこれについて言及されていませんが、液晶にはもう一つ重要な特徴があります。それは、液晶に電圧を印加すると、特定の順序で配列することができるということです（たとえば、これらの文字と黒い文字と文字の境界線を見るとわかるように）明るい背景)。 そのため、セルが充電を開始すると、液晶分子が異なる角度になり、電極から樹枝状の堆積物を「削り取る」可能性があります。
視覚的には、これは通気口などでフラップを閉じるのと似ています。
状況の裏返しは、 カーネギーメロン大学は新しい電解質の研究を開始したばかり。 従来の電解液に比べて安定性が低いことが知られています。 細胞の分解はより速く、これは私たちが興味を持っている方向ではありません。 ただし、時間の経過とともに問題が解決される可能性はあります。 さらに、固体化合物の出現は XNUMX 年代後半までには予想されていません。
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紹介写真：微細なリチウムイオンセルの電極上に形成されたリチウムデンドライト。 上の大きな黒い図は、XNUMX 番目の電極です。 リチウム原子の最初の「泡」がある時点で飛び出し、出現するデンドライトの基礎となる「ウィスカー」を作成します (c) PNNL Unplugged / YouTube:
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