Noul design al electroliților poate duce la baterii mai bune pentru vehiculele electrice Stanford News
Cercetătorii de la Stanford au proiectat un nou electrolit pentru bateriile litiu-metalice care ar putea crește raza de acțiune a mașinilor electrice.
De Mark Shwartz
Un nou electrolit pe bază de litiu, inventat de oamenii de știință de la Universitatea Stanford, ar putea deschide calea pentru următoarea generație de vehicule electrice alimentate cu baterii.
Un electrolit convențional (clar) în stânga și romanul electrolit Stanford în dreapta. 04.30 Credit imagine: Zhiao Yu
Într-un studiu publicat pe 22 iunie în Nature Energy, cercetătorii de la Stanford demonstrează modul în care noul lor design electrolitic mărește performanța bateriilor litiu-metalice, o tehnologie promițătoare pentru alimentarea vehiculelor electrice, laptopurilor și a altor dispozitive.
„Majoritatea mașinilor electrice funcționează cu baterii litiu-ion, care se apropie rapid de limita lor teoretică de densitate a energiei”, a declarat coautorul studiului, Yi Cui, profesor de știință și inginerie a materialelor și de știință a fotonilor la Laboratorul Național de Accelerare SLAC. „Studiul nostru s-a axat pe bateriile litiu-metalice, care sunt mai ușoare decât bateriile litiu-ion și pot furniza mai multă energie pe unitate de greutate și volum.”
Litiu-ion vs. litiu metalic
Bateriile litiu-ion, utilizate în orice, de la smartphone-uri la mașini electrice, au doi electrozi - un catod încărcat pozitiv care conține litiu și un anod încărcat negativ, de obicei din grafit. O soluție de electroliți permite ionilor de litiu să se deplaseze înainte și înapoi între anod și catod atunci când bateria este utilizată și când se reîncarcă.
Doctoranții și autorii principali Hansen Wang, stânga, și Zhiao Yu, dreapta, testând o celulă experimentală în laboratorul lor. (Credit de imagine: Hongxia Wang.)
O baterie litiu-metalică poate conține aproximativ de două ori mai multă energie electrică pe kilogram decât bateria convențională litiu-ion de astăzi. Bateriile cu litiu metalic fac acest lucru prin înlocuirea anodului de grafit cu litiu metalic, care poate stoca mult mai multă energie.
„Bateriile litiu-metalice sunt foarte promițătoare pentru vehiculele electrice, unde greutatea și volumul sunt o mare preocupare”, a declarat co-autorul studiului Zhenan Bao, K.K. Profesor Lee la Școala de Inginerie. „Dar în timpul funcționării, anodul litiu metalic reacționează cu electrolitul lichid. Acest lucru determină creșterea microstructurilor de litiu numite dendrite pe suprafața anodului, ceea ce poate provoca incendiul și defectarea bateriei. ”
Cercetătorii au petrecut decenii încercând să abordeze problema dendritei.
„Electrolitul a fost călcâiul lui Ahile al bateriilor litiu-metalice”, a declarat co-autorul Zhiao Yu, student absolvent în chimie. „În studiul nostru, folosim chimia organică pentru a proiecta rațional și a crea electroliți noi și stabili pentru aceste baterii.”
Nou electrolit
Pentru studiu, Yu și colegii săi au explorat dacă ar putea aborda problemele de stabilitate cu un electrolit lichid comun, disponibil în comerț.
„Am emis ipoteza că adăugarea de atomi de fluor pe molecula electrolitului ar face lichidul mai stabil”, a spus Yu. „Fluorul este un element utilizat pe scară largă în electroliți pentru bateriile cu litiu. Am folosit capacitatea sa de a atrage electroni pentru a crea o nouă moleculă care permite anodului litiu metalic să funcționeze bine în electrolit. ”
Rezultatul a fost un nou compus sintetic, prescurtat FDMB, care poate fi ușor produs în vrac.