Wissenschaftler erspähen neuen Elektrolyt pro Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien

Neues Batteriematerial ist vielversprechend pro die Weiterentwicklung von Festkörperbatterien.

Uff jener Suche nachdem jener perfekten Batterie nach sich ziehen Wissenschaftler zwei primäre Ziele: ein Gerät zu gedeihen, dasjenige viel Leistung speichern kann und dies sicher tut. Viele Batterien enthalten flüssige Elektrolyte, die potenziell brennbar sind.

Infolgedessen werden Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien, die aus vollwertig massiven Komponenten da sein, pro Wissenschaftler immer attraktiver, da sie eine verlockende Zusammenstellung aus höherer Sicherheit und erhöhter Energiedichte offenstehen – wie viel Leistung die Batterie pro a speichern kann gegebenes Volumen.

Forscher jener University of Waterloo, Kanada, die Mitglieder des Joint Centre for Energy Storage Research (JCESR) mit Sitz im Argonne Nationalistisch Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) sind, nach sich ziehen vereinen neuen Festelektrolyten entdeckt, jener mehrere wichtige Vorteile bietet.

Dieser Elektrolyt, dort aus Lithium, Scandium, Indium und Chlorgas, leitet Lithiumionen gut, dennoch Elektronen schlecht. Jene Zusammenstellung ist unerlässlich, um eine Festkörperbatterie zu schaffen, die mehr als hundert Zyklen zwischen hoher Tonus (mehr als 4 Volt) und Tausende von Zyklen zwischen mittlerer Tonus ohne nennenswerten Kapazitätsverlust funktioniert. Die Chloridnatur des Elektrolyten ist jener Schlüssel zu seiner Stabilität zwischen Betriebsbedingungen mehr als 4 Volt – welches bedeutet, dass er pro typische Kathodenmaterialien probat ist, die die Hauptstütze heutiger Lithium-Ionen-Zellen zusammenbauen.

„Die Hauptattraktion eines Festkörperelektrolyten ist, dass er kein Feuer fangen kann und eine effiziente Platzierung in jener Batteriezelle ermöglicht; wir waren erfreut, vereinen stabilen Hochspannungsbetrieb zu vorexerzieren“, sagte Linda Nazar, eine angesehene Forschungsprofessorin of Chemistry an jener UWaterloo und langjähriges Mitglied des JCESR.

Aktuelle Iterationen von Festkörperelektrolyten verdichten sich stark hinaus Sulfide, die oberhalb von 2,5 Volt oxidieren und abgebaut werden. Von dort erfordern sie den Zusammenbau einer isolierenden Beschichtung um dasjenige Kathodenmaterial herum, die zwischen mehr als 4 Volt arbeitet, welches die Fähigkeit von Elektronen und Lithiumionen beeinträchtigt, sich aus dem Elektrolyten in die Minuspol zu in Bewegung setzen.

„Im Zusammenhang Sulfidelektrolyten nach sich ziehen Sie eine Spezies Rätsel – Sie möchten den Elektrolyten elektronisch von jener Minuspol isolieren, damit er nicht oxidiert, dennoch Sie benötigen immer noch elektronische Leitwert im Kathodenmaterial“, sagte Nazar.

Während Nazars Schar nicht die erste war, die vereinen Chloridelektrolyten entwickelte, erwies sich die Wettkampf, die Hälfte des Indiums durch Scandium hinaus jener Grundlage ihrer früheren Arbeit auszutauschen, denn Gewinner in Bezug hinaus eine niedrigere elektronische und höhere Ionenleitfähigkeit. „Chlorid-Elektrolyte sind zunehmend begehrt geworden, weil sie nur zwischen hohen Spannungen oxidieren und wenige mit den besten Kathoden, die wir nach sich ziehen, chemisch kompatibel sind“, sagte Nazar. „Jüngst wurde mehr als wenige davon berichtet, dennoch wir nach sich ziehen eine mit deutlichen Vorteilen entwickelt.“

Ein chemischer Schlüssel zur Ionenleitfähigkeit lag in jener kreuz und schief verlaufenden 3D-Struktur des Materials, dem sogenannten Spinell. Die Forscher mussten zwei konkurrierende Wünsche in Einklang können – den Spinell mit so vielen ladungstragenden Ionen wie möglich zu belasten, dennoch sogar Stellen ungeschützt zu lassen, an denen sich die Ionen in Bewegung setzen können. „Man könnte sich dasjenige so vorstellen, denn würde man versuchen, vereinen Tanz zu veranstalten – man möchte, dass die Personen kommen, dennoch man möchte nicht, dass es zu voll wird“, sagte Nazar.

Laut Nazar wäre eine ideale Situation, dass die Hälfte jener Stellen in jener Spinellstruktur mit Lithium besetzt wäre, während die andere Hälfte ungeschützt bliebe, dennoch sie erklärte, dass die Schaffung einer solchen Situation schwergewichtig zu entwickeln sei.

Neben jener guten Ionenleitfähigkeit des Lithiums mussten Nazar und ihre Kollegen sicherstellen, dass sich die Elektronen nicht leichtgewichtig durch den Elektrolyten in Bewegung setzen können, um dessen Zersetzung zwischen hoher Tonus auszulösen. „Stellen Sie sich eine Spiel Himmel und Hölle vor“, sagte sie. „Im gleichen Sinne wenn man nur versucht, vom ersten hinaus dasjenige zweite Quadrat zu hoppeln, wenn man eine Wand schaffen kann, die es den Elektronen in unserem Kern erschwert, darüber zu springen, dasjenige ist ein weiterer Vorteil dieses Festelektrolyten .“

Nazar sagte, es sei noch nicht lichtvoll, warum die elektronische Leitwert niedriger sei denn zwischen vielen zuvor berichteten Chlorid-Elektrolyten, dennoch sie trage dazu zwischen, eine saubere Grenzfläche zwischen dem Kathodenmaterial und dem Festelektrolyten herzustellen, eine Tatsache, die maßgeblich pro die stabile Leistung selbst zwischen hohen Mengen zuständig sei von aktivem Werkstoff in jener Minuspol.

Forschungsbericht: „Steingut-Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Flächenkapazität und langer Nutzungsdauer, die durch Chlorid-Festelektrolyte ermöglicht werden“

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