การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใหม่สามารถเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้สองเท่า

นักวิจัยได้พัฒนาวิธีใหม่ในการสร้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งอาจปูทางไปสู่ความหนาแน่นของพลังงานประสิทธิภาพและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ที่แข็งแกร่งขึ้นตามรายงานจาก Penn State

โซลิดอิเล็กโทรไลต์อินเตอร์เฟส

การนั่งระหว่างโลหะลิเธียมของแบตเตอรี่และอิเล็กโทรไลต์คือโซลิดอิเล็กโทรไลต์อินเตอร์เฟส (SEI) และเป็นอุปสรรคในการพัฒนาแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นมานานหลายปี

ดูเพิ่มเติม: นักวิจัยประสบความสำเร็จในการพิมพ์ 3 มิติแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาดที่กำหนดเอง

มีความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้เนื่องจากการใช้งานของพวกเขาแพร่กระจายไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกประเภทตั้งแต่โทรศัพท์มือถือไปจนถึงยานพาหนะไฟฟ้าดังนั้น SEI จึงเป็นหนึ่งในสถานที่ที่นักวิจัยจะพยายาม ปรับปรุงประสิทธิภาพ.

"ชั้นนี้มีความสำคัญมากและเกิดขึ้นตามธรรมชาติจากปฏิกิริยาระหว่างลิเธียมและอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่" Donghai Wang ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและเคมีของ Penn State กล่าว "แต่มันทำงานได้ไม่ดีนักซึ่งทำให้เกิดปัญหามากมาย"

การสร้างอินเทอร์เฟสโซลิด - อิเล็กโทรไลต์ที่ดีขึ้น

ปัญหาเริ่มต้นเมื่อ SEI เริ่มลดระดับลง เมื่อเวลาผ่านไปสิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเดนไดรต์การเติบโตแบบเข็มบนอิเล็กโทรดลิเธียมของแบตเตอรี่ซึ่งจะค่อยๆยับยั้งประสิทธิภาพและความปลอดภัย

"นี่คือสาเหตุที่แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลใช้งานไม่ได้อีกต่อไป - เฟสโตขึ้นและไม่เสถียร" วังกล่าว "ในโครงการนี้เราใช้โพลีเมอร์คอมโพสิตเพื่อสร้าง SEI ที่ดีขึ้นมาก"

นำโดย Yue Gao นักศึกษาปริญญาเอกเคมีที่ Penn State วิศวกรได้สร้าง SEI ใหม่ซึ่งเป็นคอมโพสิตโพลีเมอร์ที่ทำปฏิกิริยาซึ่งประกอบด้วยเกลือลิเธียมโพลีเมอร์อนุภาคนาโนลิเธียมฟลูไรด์และแผ่นกราฟีนออกไซด์

ศาสตราจารย์ด้านเคมีของมหาวิทยาลัย Evan Pugh Thomas E. Mallouk ให้ความช่วยเหลือโครงการนี้เพื่อช่วยสร้างชั้นบาง ๆ ของวัสดุ

"มีการควบคุมระดับโมเลกุลจำนวนมากที่จำเป็นเพื่อให้ได้อินเตอร์เฟสลิเธียมที่เสถียร" Mallouk กล่าว "พอลิเมอร์ที่ Yue และ Donghai ออกแบบมาทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างพันธะคล้ายก้ามปูกับพื้นผิวโลหะลิเธียมมันให้พื้นผิวลิเธียมในสิ่งที่ต้องการในลักษณะแฝงเพื่อไม่ให้ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลในอิเล็กโทรไลต์ของนาโนชีต ในคอมโพสิตทำหน้าที่เป็นอุปสรรคทางกลเพื่อป้องกันไม่ให้เดนไดรต์ขึ้นรูปจากโลหะลิเธียม "

สิ่งนี้ทำได้โดยการควบคุมพื้นผิวของลิเทียมในระดับของอะตอมและโมเลกุลแต่ละตัวซึ่งทำให้โครงการประสบความสำเร็จ

"เมื่อเราสร้างแบตเตอรี่เราไม่จำเป็นต้องคิดเหมือนนักเคมีไปจนถึงระดับโมเลกุล แต่นั่นคือสิ่งที่เราต้องทำที่นี่" Mallouk กล่าว

"ด้วย SEI ที่มีเสถียรภาพมากขึ้นทำให้สามารถเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ในปัจจุบันได้เป็นสองเท่าในขณะที่ทำให้ใช้งานได้นานขึ้นและปลอดภัยมากขึ้น" Wang กล่าว

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร วัสดุธรรมชาติ.