Порестата мембрана спасява литиево-металните батерии с висока плътност от повреда

Заменяйки графита с чист литиев метал с висока плътност, учените може да успеят драстично да подобрят работата на технологията на батериите, но все още има препятствия. Сега учени от германския университет „Фридрих Шилер“ в Йена демонстрираха как фино настроената въглеродна мембрана може да предотврати повреда на тези видове батерии и да им позволи да се зареждат безопасно в продължение на стотици цикли.

Основният проблем, който спира развитието на литиево-метални батерии, които биха могли да съхраняват до 10 пъти енергията на днешните литиево-йонни батерии, е образуването на иглеподобни структури, наречени дендрити. По време на зареждането, докато литиевите йони се движат между двата електрода на батерията, литиевите атоми се натрупват върху отрицателния електрод, известен като анод. Това натрупване води до остри дендрити, които могат да пробият сепаратора между електродите и да доведат до късо съединение и повреда на батерията.

Така че, ако учените могат да разработят начин да предотвратят образуването на дендрит, това може просто да даде възможност на литиево-металните батерии да изминат разстоянието и ние видяхме всякакви творчески потенциални решения на този проблем. Те включват използването на ултратънък литий, нанотръбни филми и самосглобяващи се защитни слоеве. Авторите на новото проучване са се стремили да се борят с дендритите чрез използването на нова въглеродна мембрана с фино настроени дупки, които влияят върху транспортирането на йони по правилния начин.

„Ето защо приложихме изключително тънка, двумерна мембрана, изработена от въглерод към сепаратора, с пори с диаметър по-малък от един нанометър“, обяснява професор Андрей Турчанин от университета в Йена. „Тези малки отвори са по-малки от критичния размер на ядрото и по този начин предотвратяват зародиша, който води до образуването на дендрити. Вместо да образува дендритни структури, литийът се отлага върху анода като гладък филм.

Екипът изпробва този дизайн на батерията заедно с друг без защитна мембрана, за да установи, че той е удвоил продължителността на живота и не е показал признаци на растеж на дендрита в продължение на стотици цикли на зареждане. Учените виждат това като обещаваща стъпка към следващото поколение литиеви батерии и са подали патент и сега ще проучат как мембраната може да бъде включена в производствения процес.

„Сепараторът получава най-малко внимание в сравнение с другите компоненти на батерията“, казва Сатиш Раджендран, студент от Вашингтонския държавен университет, който е сътрудничил на изследването. „Степента, до която нанометрова дебела двумерна мембрана на сепаратора може да направи разлика в живота на батерията, е очарователна.“

Изследването е публикувано в списанието Разширени енергийни материали.

Източник: Университет „Фридрих Шилер“ в Йена

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate