Ученые изготовили гибкие керамические электролиты для литий-металлических батарей | Популярный Университет

Ученые изготовили гибкие керамические электролиты для литий-металлических батарей

Ученые изготовили гибкие керамические электролиты для литий-ионных батарей

Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый метод изготовления гибких электролитных листов на основе керамики для литий-металлических батарей. Они объединили керамику гранатового типа, полимерное связующее и ионную жидкость, создав квазитвердотельный плоский электролит. Процесс синтеза и свойства нового электролита ученые описали в статье журнала ACS Applied Materials & Interfaces.

Ископаемые виды топлива обеспечивают большую часть мировых энергетических потребностей, включая электроэнергию, которую мы используем. Но запасы этих соединений истощаются, а их сжигание также приводит к выбросам в атмосферу углекислого газа и оксидов азота. Поэтому во всем мире исследователи ищут более чистые возобновляемые источники энергии. Но основные источники возобновляемой энергии, такие как ветер и солнечная энергия, мало когда могут обеспечить стабильную генерацию — ветер дует не всегда, а солнце не светит ночью. 

Таким образом, для более эффективного использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели и ветрогенераторы, необходимы современные системы хранения энергии. Одним из типов батарей, которые зарекомендовали себя лучше всего, являются литий-ионные аккумуляторы. Однако, для масштабирования таких систем на сегодняшний день необходимо повысить их безопасность и емкость.

Потребность в этом привела к возрождению исследовательского интереса к литийметаллическим батареям: их аноды имеют гораздо более высокую теоретическую емкость, чем графитовые, используемые в настоящее время в коммерческих целях. Но для внедрения этой технологии до сих пор существует несколько препятствий. Пожалуй, самое главное из них — это образования дендритов на поверхности литиевых материалов при работе аккумуляторов. Эти структуры могут вызвать короткое замыкание батареи и даже привести к пожарам и взрывам. 

Чтобы избежать этого, исследователи ищут разные подходы. Так, например, в новой работе исследователей Токийского столичного университета описывается создание гибких листов из электролитного материала с формулой Li7La3Zr2O12(LLZO). Он имеет высокую ионную проводимость и хорошую совместимость с литием. Однако получение высокоплотных электролитов из этого материала требует очень высоких температур спекания, вплоть до 1200°C. Это очень трудоемкий процесс, что затрудняет его масштабирование. Кроме того, плохой физический контакт между хрупкими электролитами из LLZO и электродными материалами обычно приводит к высокому межфазному сопротивлению, что значительно ограничивает их применение в полностью твердотельных литий-металлических батареях.

Но японские исследователи придумали новый метод синтеза тонких электролитных пластин из этого материала. Для этого они помещали керамическую суспензию LLZO на тонкую полимерную подложку. После сушки в вакуумной печи лист электролита толщиной 75 мкм пропитывали ионной жидкостью для улучшения его проводимости. Внутри листов ионная жидкость успешно заполняла микроскопические поры в структуре и соединяла частицы LLZO, образуя эффективный путь для Li-ионов. 

Это соединение также эффективно уменьшило межфазное сопротивление на катоде. При дальнейшем исследовании авторы обнаружили, что ионы лития диффундировали как через слой ионной жидкости, так и через частицы LLZO в структуре, а значит оба этих компонента ответственны за перенос заряженных частиц. Синтез прост и пригоден для промышленного производства: весь процесс осуществляется при комнатной температуре без необходимости высокотемпературного спекания.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: