Nuacht Tionscail

Dearadh nua leictrilít a d'fhéadfadh feabhas a chur ar fheidhmíocht cadhnraí Li-ian

2021-08-03

Íomhá a thaispeánann cáithnín Si atá clúdaithe ag an SEI atá saibhir i LiF. Creidmheas: Chen et al.


Comhtháthaíonn an chuid is mó de chadhnraí litiam-ian (LIBanna) anóidí graifíte, a bhfuil cumas thart ar 350 milliamp uair (mAh) in aghaidh gach graim acu. Tá cumas anóidí sileacain beagnach 10 n-uaire níos airde ná a gcomhghleacaithe graifíte (thart ar 2,800 mAh in aghaidh gach graim), agus d'fhéadfadh sé go teoiriciúil mar sin go bhféadfaí cadhnraí litiam-bhunaithe níos dlúithe agus níos éadroime a fhorbairt.

In ainneoin a n-acmhainne níos airde, ní raibh anóidí sileacain in ann dul san iomaíocht le anóidí graifíte go dtí seo, de réir mar a leathnaíonn sileacain agus conarthaí le linn oibriú ceallraí, mar sin is féidir le ciseal cosanta seachtrach anóidí crack go héasca agus ceallraí ag feidhmiú. I bpáipéar a foilsíodh le déanaí in Nature Energy, thuairiscigh foireann taighdeoirí i bPáirc Choláiste Ollscoil Maryland agus Saotharlann Taighde an Airm dearadh nua leictrilít a d'fhéadfadh teorainneacha anóidí sileacain atá ann cheana a shárú.
"Tá sé níos éasca anóidí sileacain agus a sraitheanna cosanta soladach leictrilít idirpháis (SEI) a smidiríní le linn oibriú ceallraí, toisc go bhfuil nasc láidir ag an SEI le Si, agus mar sin taithííonn an dá chuid líon mór athruithe," Ji Chen, ceann de na taighdeoirí is mó a d'iompar. amach an staidéar, a dúirt Phys.org.
Is ciseal cosanta é an SEI a fhoirmíonn go nádúrtha nuair a bhíonn cáithníní anóid i dteagmháil dhíreach le leictrilít. Feidhmíonn an ciseal seo mar bhac a chuireann cosc ​​​​ar imoibrithe breise a bheith ann taobh istigh den cheallraí, ag scaradh an anóid ón leictrilít.
"Má dhéantar damáiste don chiseal cosanta seo le linn leathnú nó crapadh na gcáithníní anóid Si, imoibríonn na cáithníní anóid nua-nochta go leanúnach leis an leictrilít go dtí go n-imíonn sé le linn timthriall ceallraí," a dúirt Oleg Borodin, poitigéir sinsearach a bhfuil baint aige leis an staidéar ag Saotharlann Taighde an Airm. Phys.org.
Le breis agus deich mbliana anuas, tá iarracht déanta ag grúpaí taighde ar fud an domhain na saincheisteanna a bhaineann le húsáid anóidí sileacain i LIBanna a shárú, go príomha trí SEIanna solúbtha agus orgánacha a dhearadh a leathnaíonn leis na anóidí. Bhí an chuid is mó de na réitigh a d'fhorbair siad, áfach, go hiomlán neamhéifeachtach nó beagán éifeachtach, rud a chuir cosc ​​​​ar dhamáiste SEI i bpáirt.


"Le fada an lá, tá pobal taighde LIB ag iarraidh teicnící a cheapadh chun anóidí ard-acmhainne a dhéanamh mar obair Si," a dúirt Chunsheng Wang, ollamh sa Roinn Innealtóireacht Cheimiceach & Bithmhóilíneach agus Roinn na Ceimice & na Bithcheimice de chuid Ollscoil na hÉireann. Maryland (UMD), atá ina Stiúrthóir UMD freisin ar an Ionad um Thaighde i gCadhnraí Extreme. "Bhí na taighdeoirí seo ag obair den chuid is mó ar leibhéal an ábhair Si trí phróisis nanofabrication daor a thabhairt isteach. Rinneamar iarracht dul i ngleic leis an bhfadhb seo go difriúil trí dhearadh an leictrilít agus an SEI comhfhreagrach le haghaidh anóidí ard-acmhainne."

Dhear Chen, Borodin, Wang agus a gcomhghleacaithe leictrilít a d'fhéadfadh feabhas a chur ar fheidhmíocht anóidí sileacain micrea-mhéide i LIBanna, rud a chosc damáiste dá mbac cosanta seachtrach. I gcomparáid le réitigh a moladh roimhe seo, laghdaítear go mór díghrádú leictrilít dá gcur chuige, rud a fhágann go gceadaítear rothaíocht ceallraí i bhfad níos faide sula gcaillfidh sé a chumas.

Ba é cuspóir deiridh staidéar na dtaighdeoirí ná réiteach uilíoch, buail isteach a aithint a d'fhéadfadh forbairt anóidí ard-acmhainne a éascú do chadhnraí Li-bhunaithe. Chun seo a bhaint amach, dhear siad leictrilítí ag baint úsáide as LiPF6, salann úrscothach, agus meascán de thuaslagóirí éitear, rud a chruthaíonn ciseal cosanta SEI saibhir LiF atá an-láidir.

"Cuireann an struchtúr tuaslagtha speisialta (idirghníomhaíocht idir an salann agus an tuaslagóir) agus an bhearna leathan idir an claonadh laghdaithe salainn agus tuaslagóir chun cinn foirmiú SEI uathúil LiF-saibhir ar Si atá sár-chabhrach le haghaidh rothaíocht an ard-acmhainne. Si anóid," a mhínigh Oleg. "Soláthraíonn an leictrilít a dhearamar réiteach buail isteach don teicneolaíocht LIB atá ann faoi láthair gan próiseáil costasach a bheith ag teastáil, agus cobhsaíocht rothaíochta ard agus éifeachtacht Coulombic (CE) gan fasach á chothabháil."

Cruthaíonn an staidéar le déanaí ag Chen, Borodin, Wang agus a gcomhghleacaithe go bhfuil dea-rothaíocht agus CE ard a bhaint amach i LIBanna ina bhfuil anóidí sileacain, i ndáiríre, is féidir, agus gur féidir é a bhaint amach go simplí trí athsholáthar a dhéanamh ar an leictrilít taobh istigh de cheallraí, a bhí roimhe seo. a mheastar a bheith neamhphraiticiúil nó go hiomlán neamh-indéanta. D'fhéadfaí an prionsabal atá taobh thiar dá ndearadh leictrilít a chur i bhfeidhm go teoiriciúil ar gach anóid chóimhiotail ardchumais. Sa todhchaí, d'fhéadfadh an dearadh seo a chumasú cruthú cadhnraí litiam-bhunaithe níos fearr a bhfuil anóidí bunaithe ar ábhair seachas graifít.

"Léiríonn ár dtorthaí treo nua maidir le dearadh leictrilít agus d'fhéadfadh sé muinín a thabhairt d'fhoirne taighde ar fud an domhain maidir le hábhair anóid ard-acmhainne a chur i bhfeidhm i LIBanna," a dúirt Wang. “Is iad na chéad chéimeanna eile a bheidh againn ná fuinneog voltais an leictrilít a fheabhsú agus iarracht a dhéanamh an teicneolaíocht a cheadúnú.