Οι μπαταρίες λιθίου σε στερεή κατάσταση έχουν γίνει μια νέα εξέλιξη στον τομέα της επιστήμης των υλικών και της μηχανικής

Οι πλήρως στερεές μπαταρίες λιθίου έχουν γίνει μια νέα έκρηξη στην επιστήμη των υλικών και την μηχανική, επειδή οι παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν μπορούν πλέον να ανταποκριθούν στα πρότυπα των προηγμένων τεχνολογιών,όπως ηλεκτρικό όχημαΕπικεφαλήςΤα ηλεκτρικά οχήματα πρέπει να πληρούν συνθήκες όπως υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, γρήγορη φόρτιση και μακρά διάρκεια κύκλου ζωής.Οι μπαταρίες στερεού αέρα χρησιμοποιούν ένα στερεό ηλεκτρολύτη αντί του υγρού ηλεκτρολύτη στις παραδοσιακές μπαταρίες, η οποία όχι μόνο πληροί τα ανωτέρω πρότυπα, αλλά είναι επίσης σχετικά ασφαλέστερη και πιο βολική.

Ωστόσο, οι στερεοί ηλεκτρολύτες έχουν επίσης προβλήματα που είναι δύσκολο να ξεπεραστούν. Αποδεικνύεται ότι υπάρχει μεγάλη αντίσταση μεταξύ του θετικού ηλεκτρόδου και του στερεού ηλεκτρολύτη,και η προέλευση είναι λιγότερο σαφήςΕπιπλέον, όταν η επιφάνεια των ηλεκτροδίων εκτίθεται στον αέρα, η αντίσταση αυξάνεται και η χωρητικότητα και η απόδοση της μπαταρίας μειώνεται.Κανείς δεν μπόρεσε να το μειώσει σε 10.Ωcm2Επικεφαλήςστην τιμή της αντίστασης όταν δεν εκτίθεται στον αέρα.

Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο ACS Applied Materials and Interface, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Taro Hitosugi από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Τόκιο, Ιαπωνία, και τον Shigeru Kobayashi,φοιτητής διδακτορικής στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Τόκιο, έχει επιτέλους αντιμετωπίσει το πρόβλημα.

Πρώτα, η ομάδα προετοίμασε μια λεπτή ταινία μπαταρίας που αποτελείται από ένα άνοδο λιθίου, ένα καθοδικό οξύ κοβαλτίου λιθίου, και 3PO4 ενός στερεού ηλεκτρολύτη.άζωτο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο και υδρατμούς για 30 λεπτά πριν ολοκληρωθεί η κατασκευή της μπαταρίας.

Προς έκπληξή τους, διαπίστωσαν ότι οι μπαταρίες που εκτίθενται στο μεγαλύτερο μέρος του αερίου δεν μειώνουν την απόδοση της μπαταρίας σε σύγκριση με τις μπαταρίες που δεν εκτίθενται.Μόνο ο υδρατμός αυξάνει σημαντικά την αντίσταση της μπαταρίας., περισσότερο από 10 φορές υψηλότερη από την τιμή αντίστασης που δεν έχει εκτεθεί.

Στη συνέχεια η ομάδα διεξήγαγε μια διαδικασία γνωστή ως " αναψύξη ", στην οποία η μπαταρία δείγματος υποβλήθηκε σε θερμική επεξεργασία για μία ώρα σε θερμοκρασία 150 °C.°Γ.Παραδόξως, η διαδικασία μείωσε την αντίσταση σε 10.3Ωcm2, συγκρίσιμη με την αντίσταση της μη εκτεθειμένης μπαταρίας.

Με την εκτέλεση αριθμητικών προσομοιώσεων και μετρήσεων, η ομάδα διαπίστωσε στη συνέχεια ότι αυτή η μείωση οφείλεται στην αυθόρμητη αφαίρεση πρωτονίων από τη δομή LiO 2 κατά τη διάρκεια της αναψύξης.Οι επιστήμονες είπανΗ μελέτη μας δείχνει ότι τα πρωτόνια στις δομές του λιθίου-κοβάλτου παίζουν σημαντικό ρόλο στη μείωση της αντίστασης.Ελπίζουμε ότι η διευκρίνιση αυτών των μικροσκοπικών διαδικασιών θα συμβάλει στην επέκταση των δυνατοτήτων εφαρμογής των μπαταριών στερεού αέρα.