Οι ερευνητές σημείωσαν σημαντική πρόοδο στα στερεά ηλεκτρολύτη-λιθίου-χλωριδίου. Οι ερευνητές, υπό την ηγεσία του καθηγητή Kang Kisuk από το Κέντρο Έρευνας Νανοσωματιδίων του Ινστιτούτου Βασικής Επιστήμης (IBS), ανακοίνωσαν ένα σημαντικό επιτεύγμα στις μπαταρίες στερεάς κατάστασης της επόμενης γενιάς. Ανακάλυψαν ένα νέο στερεό ηλεκτρολύτη βασισμένο σε χλωρίδιο, ο οποίος διαθέτει εξαιρετική ιονική αγωγιμότητα, και αναμένεται ότι θα επιτρέψει την ανάπτυξη πιο αποδοτικών μπαταριών.
Η Ανάγκη για Στερεούς Ηλεκτρολύτες
Ένα σημαντικό ζήτημα με τις τρέχουσες εμπορικές μπαταρίες είναι η εξάρτησή τους από υγρούς ηλεκτρολύτες, που οδηγεί σε κινδύνους φλεγμονής και έκρηξης. Επομένως, η ανάπτυξη μη εύφλαμμων στερεών ηλεκτρολυτών είναι ζωτικής σημασίας για την προώθηση της τεχνολογίας των μπαταριών στερεάς κατάστασης. Καθώς ο κόσμος ετοιμάζεται να ρυθμίσει τα οχήματα με εσωτερική καύση και να επεκτείνει τη χρήση των ηλεκτρικών οχημάτων στη διαρκώς εξελισσόμενη παγκόσμια μετάβαση προς την βιώσιμη μεταφορά, η έρευνα στα βασικά συστατικά των δευτερογενών μπαταριών, και ιδιαίτερα στις μπαταρίες στερεάς κατάστασης, έχει αποκτήσει σημαντική δυναμική.
Για να καταστήσουμε τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης πρακτικές για καθημερινή χρήση, είναι κρίσιμο να αναπτύξουμε υλικά με υψηλή ιονική αγωγιμότητα, ανθεκτική χημική και ηλεκτροχημική σταθερότητα, και μηχανική ευελιξία. Ενώ προηγούμενες έρευνες είχαν ήδη οδηγήσει σε στερεούς ηλεκτρολύτες βασισμένους σε θειώδη και οξείδιο με υψηλή ιονική αγωγιμότητα, κανένα από αυτά τα υλικά δεν πληρούσε πλήρως όλες αυτές τις ουσιώδεις απαιτήσεις.
Προόδοι στους Στερεούς Ηλεκτρολύτες βασισμένους σε Χλωρίδιο
Στο παρελθόν, οι επιστήμονες είχαν εξερευνήσει επίσης στερεούς ηλεκτρολύτες βασισμένους σε χλωρίδιο, γνωστούς για την υψηλή ιονική αγωγιμότητά τους, τη μηχανική ευελιξία και τη σταθερότητά τους σε υψηλές τάσεις. Αυτές οι ιδιότητες οδήγησαν ορισμένους να υποθέσουν ότι οι μπαταρίες βασισμένες σε χλωρίδιο είναι οι πιο πιθανοί υποψήφιοι για τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης. Ωστόσο, αυτές οι ελπίδες εξανεμίστηκαν γρήγορα, καθώς οι μπαταρίες χλωριδίου θεωρήθηκαν ανέφικτες λόγω της έντονης εξάρτησής τους από ακριβά σπάνια μέταλλα της γαιάνθρακα, συμπεριλαμβανομένων του υτρίου, του σκάνδιου και των λανθανιδίων στοιχείων, ως δευτερεύοντες συστατικοί.
Για να αντιμετωπίσουν αυτές τις ανησυχίες, η ομάδα έρευνας του IBS εξέτασε την κατανομή των ιόντων μετάλλων στους χλωριδίους ηλεκτρολύτες. Πίστευαν ότι ο λόγος που οι τριγωνικοί χλωρίδιοι ηλεκτρολύτες μπορούν να επιτύχουν χαμηλή ιονική αγωγιμότητα βασίζεται στην ποικιλία των διατάξεων των ιόντων μετάλλων μέσα στη δομή τους.
Αρχικά δοκίμασαν αυτή τη θεωρία στο χλωριδίο του υτρίου και του λιθίου, ένα κοινό ένωση χλωριδίου μετάλλου λιθίου. Όταν τα ιόντα των μετάλλων ήταν τοποθετημένα κοντά στη διαδρομή των ιόντων λιθίου, η ηλεκτροστατική δύναμη προκάλεσε εμπόδια στη μετακίνησή τους. Αντίθετα, εάν η απασχόληση των ιόντων μετάλλων ήταν πολύ χαμηλή, η διαδρομή για τα ιόντα του λιθίου έγινε πολύ στενή, εμποδίζοντας την κινητικότητά τους.
Βασιζόμενοι σε αυτές τις εισηγήσεις, η ομάδα έρευνας εισήγαγε στρατηγικές για τον σχεδιασμό ηλεκτρολυτών έτσι ώστε να αντιμετωπίζονται αυτοί οι αντιφατικοί παράγοντες, οδηγώντας τελικά στην επιτυχή ανάπτυξη ενός στερεού ηλεκτρολύτη με υψηλή ιονική αγωγιμότητα. Η ομάδα προχώρησε περαιτέρω, επιτυγχάνοντας την εφαρμογή αυτής της στρατηγικής με τη δημιουργία μιας μπαταρίας στερεάς κατάστασης μετάλλιο λιθίου-χλωριδίου, με βάση το ζιρκόνιο, το οποίο είναι πολύ πιο οικονομικό από τις παραλλαγές που χρησιμοποιούν σπάνια μέταλλα της γαιάνθρακα. Αυτή ήταν η πρώτη φορά που αποδείχτηκε η σημασία της διανομής των ιόντων μετάλλων στην ιονική αγωγιμότητα ενός υλικού.
Η Επίδραση της Διανομής των Ιόντων των Μετάλλων Αυτή η έρευνα φέρνει στο φως το συχνά παραγνωρισμένο ρόλο της διανομής των ιόντων των μετάλλων στην ιονική αγωγιμότητα των στερεών ηλεκτρολυτών βασισμένων σε χλωρίδιο. Αναμένεται ότι η έρευνα του IBS Center θα ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη διαφόρων στερεών ηλεκτρολυτών βασισμένων σε χλωρίδιο και θα συμβάλει στην εμπορικοποίηση των μπαταριών στερεάς κατάστασης, προσφέροντας βελτιωμένη προσιτότητα και ασφάλεια στην αποθήκευση ενέργειας.
Ο συγγραφέας Kang Kisuk, δηλώνει: “Ο αυτός νεοανακαλυφθείς στερεός ηλεκτρολύτης βασισμένος σε χλωρίδιο είναι έτοιμος να ξεπεράσει τους περιορισμούς των συμβατικών στερεών ηλεκτρολυτών θειιδίου και οξείδιου, φέρνοντάς μας ένα βήμα πιο κοντά στην ευρεία υιοθέτηση των μπαταριών στερεάς κατάστασης.”
