С появлением новых технологий литиевые батареи могут стать более мощными.

Лайден Арчер, профессор химического машиностроения в Корнельском университете, считает, что необходима «революция» в области батарей, и считает, что его лаборатория сделала один из первых шагов.

«То, что у нас есть сейчас [технология литий-ионных аккумуляторов], фактически находится на пределе своих возможностей», - сказал Арчер. «Литий-ионные батареи стали главной движущей силой развития новых электронных технологий. Более 90 из их теоретической емкости хранятся. Мелкомасштабные инженерные изменения могут привести к созданию более совершенных аккумуляторов и большему пространству для хранения, но это недолго -срочное решение. ".

«Вам необходимо радикальное изменение мышления», - сказал он. «Это означает, что нужно начинать с самого начала».

Снехашис «Сне» Чоудхури '18 предложил «элегантное» решение Арчера основной проблемы с перезаряжаемыми батареями, использующими высокоэнергетические литиевые аноды: вызвано дендритами (шипами лития, выросшими из анодов), иногда катастрофически Нестабильно, ионы проходят через электролит обратно и вперед во время цикла зарядки и разрядки.

Если дендрит прорвется через сепаратор и достигнет катода, произойдет короткое замыкание и возгорание. Было показано, что твердые электролиты механически подавляют рост дендритов, но за счет быстрого переноса ионов. Решение Чоудхури: ограничьте рост дендритов структурой самого электролита, которой можно управлять химически.

Используя программу реакций, представленную Archie Group в 2015 году, они использовали «сшитые наночастицы волос» - наночастицу диоксида кремния и функциональный полимер (оксид полипропилена) - для создания пористых электролитов. Эффективное удлинение необходимого пути иона от анода к катоду и обратно значительно продлило срок службы анода.

Их статья «Ограничение электроосаждения металлов в структурированных электролитах» была опубликована в Proceedingsoft National AcetyofScience. Чоудхури и Дилан Ву - первокурсники химического машиностроения и первые авторы сотрудничества.

Чоудхури, который отправился в Стэнфорд для постдокторских исследований, также разработал метод прямого наблюдения за внутренней работой своей экспериментальной батареи. Группа подтвердила теоретические предсказания роста дендритов с помощью оборудования Чоудхури.

«Я думаю, что это то, чем я хочу заниматься», - сказал Арчер, который работает в Корнелле с 2000 года, с улыбкой, как мне кажется, о жизни трех докторантов. «Что Sne может сделать, так это разработать устройство, которое позволяет нам очень элегантно наблюдать за тем, что происходит с литий-металлическим интерфейсом, что теперь позволяет нам превзойти теоретические предсказания».

Еще одной новинкой в этой работе, по словам Арчера, было «ниспровержение классики науки о батареях». Долгое время считалось, что для подавления роста дендритов мембрана внутри батареи должна быть прочнее, чем металл, который она пытается подавить, но пористая полимерная диафрагма Чоудхури - со средней апертурой менее 500 нанометров - показывает застой. рост.

Страница содержит содержимое машинного перевода.