Vědci vyvinuli nový materiál, který umožní, aby se lithium-iontové baterie samy hojily a byly snadno recyklovatelné

Všechny Novinky

Lithium-iontové baterie jsou proslulé vývojem vnitřních elektrických zkratů, které mohou vznítit kapalné elektrolyty baterie, což vede k výbuchům a požárům.

Inženýři z University of Illinois však vyvinuli pevný elektrolyt na bázi polymeru, který se může po poškození sám uzdravit - a materiál lze také recyklovat bez použití drsných chemikálií nebo vysokých teplot.


Nová studie, která by výrobcům mohla pomoci vyrábět recyklovatelné samoléčivé komerční baterie, je zveřejněna v Journal of the American Chemical Society .

Vzhledem k tomu, že lithium-iontové baterie procházejí několika cykly nabíjení a vybíjení, vyvíjejí malé, větvené struktury pevného lithia nazývané dendrity, uvedli vědci.

KOUKNI SE: Třípodlažní „vodní baterie“ již snížila náklady na elektřinu na univerzitě o 40% za jeden měsíc

Tyto struktury snižují životnost baterie, způsobují aktivní body a elektrické zkraty a někdy se zvětší natolik, aby propíchly vnitřní části baterie, což způsobí výbušné chemické reakce mezi elektrodami a kapalinami elektrolytu.


Chemici a inženýři vyvinuli tlak na nahrazení kapalných elektrolytů v lithium-iontových bateriích pevnými materiály, jako je keramika nebo polymery, uvedli vědci. Mnoho z těchto materiálů je však tuhých a křehkých, což má za následek špatný kontakt elektrolytu s elektrodou a sníženou vodivost.

'Pevné iontově vodivé polymery jsou jednou z možností pro vývoj nekvapalných elektrolytů,' řekl Brian Jing, postgraduální student a spoluautor studia materiálových věd. 'Ale podmínky vysoké teploty uvnitř baterie mohou roztavit většinu polymerů, což opět vede k dendritům a selhání.'


VÍCE: První plně dobíjecí baterie s oxidem uhličitým je sedmkrát účinnější než lithium-iontová baterie

Předchozí studie produkovaly pevné elektrolyty pomocí sítě polymerních řetězců, které jsou zesítěny a vytvářejí gumový lithiový vodič. Tato metoda zpomaluje růst dendritů; tyto materiály jsou však složité a nelze je po poškození obnovit ani vyléčit, řekl Jing.

K řešení tohoto problému vědci vyvinuli síťový polymerní elektrolyt, ve kterém může síťovací bod procházet výměnnými reakcemi a vyměňovat polymerní řetězce. Na rozdíl od lineárních polymerů se tyto sítě po zahřátí skutečně ztuhnou, což může potenciálně minimalizovat problém s dendritem, uvedli vědci. Kromě toho je lze po poškození snadno rozebrat a znovu zpevnit do síťové struktury, což je činí recyklovatelnými, a po poškození obnoví vodivost, protože se samoléčí.

Foto L. Brian Stauffer / University of Illinois

'Tento nový síťový polymer také ukazuje pozoruhodnou vlastnost, že jak vodivost, tak tuhost se zvyšují při zahřívání, což u běžných polymerních elektrolytů není vidět,' uvedl Jing.


'Většina polymerů vyžaduje silné kyseliny a vysoké teploty, aby se rozložily,' uvedl profesor vědy o materiálech a inženýrství a hlavní autor Christopher Evans. 'Náš materiál se rozpouští ve vodě při pokojové teplotě, což z něj činí velmi energeticky účinný a ekologický proces.'

Ačkoli vědci uznávají, že je zapotřebí více práce, než bude možné materiál použít v bateriích, které jsou srovnatelné s tím, co se používá dnes, tým zkoumal vodivost nového materiálu a zjistil, že jeho potenciál efektivního elektrolytu baterie je obzvláště slibný.

Přetištěno z University of Illinois v Urbana-Champaign News Bureau

Sdílejte dobrou zprávu se svými přáteli na sociálních médiích a aktivujte ji pozitivně ...