เทคนิคใหม่ขยายแบตเตอรี่โลหะลิเธียมรุ่นต่อไป

ประเด็นสำคัญคือแม้ว่าแอโนดโลหะลิเธียมแบบชาร์จไฟได้จะมีบทบาทสำคัญในการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมคลื่นลูกใหม่นี้ แต่ระหว่างการทำงานของแบตเตอรี่ พวกมันมีความอ่อนไหวสูงต่อการเติบโตของเดนไดรต์ ซึ่งเป็นโครงสร้างจุลภาคที่อาจทำให้เกิดการลัดวงจรที่เป็นอันตรายได้ ไฟและแม้แต่การระเบิด นักวิจัยจาก Columbia Engineering รายงานในวันนี้ว่า พวกเขาพบว่าสารเติมแต่งโลหะอัลคาไล เช่น โพแทสเซียมไอออน สามารถป้องกันการเพิ่มจำนวนของโครงสร้างจุลภาคของลิเธียมระหว่างการใช้แบตเตอรี่ พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์ นิวเคลียร์เรโซแนนซ์แม่เหล็ก (คล้ายกับ MRI) และการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ร่วมกันเพื่อค้นพบว่าการเติมเกลือโพแทสเซียมในปริมาณเล็กน้อยลงในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบธรรมดาทำให้เกิดคุณสมบัติทางเคมีเฉพาะที่อินเทอร์เฟซลิเธียม/อิเล็กโทรไลต์ การศึกษาได้รับการเผยแพร่ทางออนไลน์ในวันนี้ในCell Reports Physical Science (และในฉบับพิมพ์วันที่ 18 พฤศจิกายน) "โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราพบว่าโพแทสเซียมไอออนช่วยลดการก่อตัวของสารประกอบเคมีที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งสะสมอยู่บนพื้นผิวของโลหะลิเธียม และป้องกันการขนส่งลิเธียมไอออนระหว่างการชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ ซึ่งท้ายที่สุดจะจำกัดการเติบโตของโครงสร้างจุลภาค" Lauren Marbella ของทีมกล่าว ผู้ช่วยศาสตราจารย์ของ วิศวกรรมเคมี. การค้นพบของทีมของเธอว่าสารเติมแต่ง โลหะแอลคาไล ยับยั้งการเจริญเติบโตของสารประกอบที่ไม่นำไฟฟ้าบนพื้นผิวของโลหะลิเธียมนั้นแตกต่างจากวิธีการจัดการกับอิเล็กโทรไลต์แบบดั้งเดิม ซึ่งเน้นไปที่การสะสมโพลิเมอร์นำไฟฟ้าบนพื้นผิวของโลหะ งานนี้เป็นหนึ่งในการระบุลักษณะเชิงลึกครั้งแรกของเคมีพื้นผิวของโลหะลิเธียมโดยใช้ NMR และแสดงให้เห็นถึงพลังของเทคนิคนี้ในการออกแบบอิเล็กโทรไลต์ใหม่สำหรับโลหะลิเธียม ผลลัพธ์ของ Marbella ได้รับการเสริมด้วยการคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) ที่ดำเนินการโดยผู้ทำงานร่วมกันในกลุ่ม Viswanathan ในสาขาวิศวกรรมเครื่องกลที่มหาวิทยาลัย Carnegie Mellon "อิเล็กโทรไลต์เชิงพาณิชย์คือค็อกเทลของโมเลกุลที่คัดสรรมาอย่างดี" Marbella กล่าว "การใช้ NMR และการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ในที่สุดเราก็สามารถเข้าใจได้ว่าสูตรอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่เหมือนใครเหล่านี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โลหะลิเธียมในระดับโมเลกุลได้อย่างไร ในที่สุดข้อมูลเชิงลึกนี้จะช่วยให้นักวิจัยมีเครื่องมือที่จำเป็นในการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบอิเล็กโทรไลต์และทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลมีความเสถียร" ขณะนี้ทีมงานกำลังทดสอบสารเติมแต่งโลหะอัลคาไลที่หยุดการก่อตัวของชั้นพื้นผิวที่เป็นอันตรายร่วมกับสารเติมแต่งแบบดั้งเดิมที่ส่งเสริมการเติบโตของชั้นนำไฟฟ้าบนโลหะลิเธียม พวกเขายังใช้ NMR เพื่อวัดอัตราการขนส่งลิเธียมโดยตรงผ่านเลเยอร์นี้