צוות המחקר היפני עשה פריצת דרך חשובה עם המצב המעין-מוצק(LIB).
זה אולי יתברר כלא דליק, יתגבר על בעיות בטיחות חשובות הנוגעות לעיצובי LIB קונבנציונליים.
הגדרת אמות מידה חדשות לבטיחות ואריכות ימים בסוללה
הוא תוכנן על ידי מדענים מאוניברסיטת דושישה ומתאגיד TDK. החידוש החדש משלב את התכונות הטובות ביותר של אלקטרוליטים נוזליים ומוצקים כאחד כדי לשפר את בטיחות הסוללה מבלי להשפיע על הביצועים. לְפִיהנדסה מעניינת, עיצוב זה נותן פתרון לדילמה הארוכה של שיפור צפיפות האנרגיה תוך שמירה על ביצועי מחזור ובטיחות.
פריצת הדרך מולידה אפשרות טובה יותר ובטוחה יותר עבור סוללות במצב מוצק ושומרת על צפיפות אנרגיה גבוהה, הכל בעיצוב אחד.
"הבטיחות המשופרת וביצועי הטעינה/פריקה הוכיחו את היתכנותן של סוללות מעין-מצב מוצק כטכנולוגיה קרובה לעתיד", הצוותכתבבתקציר.
פיתוח סוללות ליתיום-יון
סוללות ליתיום-יון שולטות בעסקי אחסון האנרגיה כבר עשרות שנים. הם הובילו פיתוחים בתחום האלקטרוניקה הניידת, כלי רכב חשמליים ואחסון אנרגיה מתחדשת.
למרות שתמיד יש צורך גובר בצפיפות אנרגיה גבוהה יותר, הבטיחות והאמינות של הסוללה הן לרוב הפשרה.
אלקטרוליטים אורגניים מסורתיים המשמשים ב-LIB מאפשרים מתח מוגבר ללא דליקות, מה שמגביר את החשש בשל קלות התלקחותם. לפיכך, למרות ש-SSEs אינם רעילים, הם מייצגים אתגר בהבטחת ממשקים יציבים שבהם חומרים באים במגע, למשל, אם אלקטרודות מתרחבות עם מחזורי טעינה/פריקה.
בהקשר זה, מחקר ופיתוח נעים לקראת יצירת חומר אינטרפאזי משותף בטוח שמגביר את הגמישות והמוליכות היונית שלו.
ההתפתחויות האחרונות באלקטרוליטים פולימריים וממיסים אורגניים לא דליקים מראים הבטחה לשיפור היציבות והביצועים של הדור הבא של LIBs. עם זאת, העברת ליתיום-יון איטית ופירוק ממשק נותרו מכשולים שיש לטפל בהם.
היתרונות של סוללות קוואזי-מצב מוצק
ל-LIB המעין-מוצק החדש שפותח על ידי הצוות היפני יש כמה יתרונות. הסוללה כוללת אלקטרודה שלילית סיליקון (Si) בשילוב עם אלקטרודה חיובית LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) - שניהם נחשבים לחומרים מהדור הבא לסוללות ליתיום-יון בעלות ביצועים גבוהים.
מה שמייחד את העיצוב הזה הוא השימוש ביריעת זכוכית-קרמית מוליכת ליתיום-יון מוצק (LICGC™) מ-OHARA כמפריד אלקטרוליטים בין אלקטרודות.
החוקרים סיפקו גם פתרונות אלקטרוליטים כמעט רוויים ולא דליקים שתוכננו במיוחד כדי להיות תואמים לשתי האלקטרודות. תמיסות אלו הכילו פוספט טריס (2,2,2-טריפלואורומתיל) ומתיל 2,2,2-טריפלואורומתיל קרבונט שהיו תואמים לממשק האלקטרוליט המוצק ולאלקטרודות.
התאים שנוצרו, בעלי יכולת אחסון אנרגיה של 30 מיליאמפר/שעה, הראו ביצועים אלקטרוכימיים מעולים יחד עם יציבות תרמית מעולה ומוליכות יונית גבוהה. זה חשוב מאוד כדי להגיע לסוללות ה-Li-ion הבטוחות יותר אך היעילות יותר הצפויות.
יכולת תרמית וביצועים ללא תחרות
היתרון החיוני ביותר של הסוללה מתבסס על יכולתה להשיג יציבות תרמית טובה יותר במבנה החצי-חדיש שלה. נבדק בטמפרטורה גבוהה - בסביבות 150 מעלות צלזיוס - זה הוכיחמכיוון שתגובות צד ויצירת חום הם פחות מעיצובים וארכיטקטורות קודמים דומים.
בדיקות עם Accelerating Rate Calorimetry וספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימית אימתו שסוללת ה-מעין-מצב מוצק מאופיינת ביכולת טעינה/פריקה גבוהה, ביצועי מחזור חזקים ואפילו שינויים קלים בהתנגדות הפנימית בעקבות יישום ארוך טווח. תצפיות אלו מחזקות עוד יותר את הפוטנציאל של סוללה זו כחומר אחסון אנרגיה אמין ובטוח.
סוללות ליתיום-יון עתידיות
הפיתוח שלסוללות ליתיום-יון כמעט מוצקותמסמן יצירה מרכזית בטכנולוגיית הסוללה. זה לא רק משפר את הבטיחות אלא גם ממלא את הצורך המיוחל בצפיפות אנרגיה גבוהה יותר וביצועים לאורך זמן.
עם הדרישה הגוברת לפתרונות אחסון אנרגיה אמינים וידידותיים לסביבה, עיצוב הסוללה החדש הזה עשוי להיות הצעד הראשון לקראת חידושים נוספים בכלי רכב חשמליים, אנרגיה מתחדשת ועוד.
עם השיפור והחידוד המתמשכים של טכנולוגיות אלו, סוללות כמעט מוצקות צפויות להיות בחזית אגירת האנרגיה העתידית, ומציעות איזון בין בטיחות, עמידות וביצועים גבוהים.
ⓒ 2024 TECHTIMES.com כל הזכויות שמורות. אין לשכפל ללא רשות.
