Výzkumníci z University of Hong Kong objevili řadu pevných elektrolytů aniontové sítě, které mohou poskytnout nejméně čtyřnásobné zlepšení kationtového transportu pro aplikace lithium-kovových baterií.
Zatímco lithiové kovové baterie by mohly nabídnout lepší bezpečnost, lepší hustotu energie a nižší hmotnost než lithium-iontová technologie – díky nahrazení těžšího grafitu lithiovým kovem jako anodou – tato chemie baterií nefunguje dobře s konvenčními elektrolyty.
Proto bylo výzkumné úsilí zaměřeno na pevné elektrolyty, které mohou poskytovat zlepšený výkon a jsou kompatibilní s lithiovou kovovou anodou. Ta v současné době vykazuje nejvyšší teoretickou specifickou výkonovou kapacitu.
Nyní výzkumníci z University of Hong Kong (HKU) zkonstruovali jedno-iontové polymerní elektrolyty bez rozpouštědel. Ty přinesly významné zlepšení v iontovém transportu pro aplikace lithium-kovových baterií.
Konkrétně v kapalných elektrolytech se kationty lithia a protianionty pohybují v opačných směrech, aby vedly elektřinu. Normálně se anionty pohybují nejméně čtyřikrát rychleji než kationty lithia. A proto přenos kationtů lithia přispívá pouze malou částí (20 %) celkového iontového proudu. Mezitím se nadměrné anionty hromadí na rozhraní mezi elektrodou a elektrolytem, což způsobuje vnitřní zkraty a vyblednutí kapacity baterie.
Jednoiontové vodivé polymerní elektrolyty
Uvádí se, že nově jednoiontově vodivé polymerní elektrolyty navržené výzkumníky HKU překonávají tato omezení a vedou k nejméně čtyřnásobnému zvýšení kationtového transportu.
Aniontové síťové polymery se skládají z boritanových aniontů přemostěných rozvětvenými ethylenglykolovými linkery různých stechiometrických poměrů, ve kterých jsou anionty připoutány do polymerního rámce. Což umožňuje vysoce selektivní transport kationtů.
Vědci řídili kationtovou vodivost v polymeru systematickým inženýrstvím segmentální mobility. To jim pomohlo zmapovat komplexní konstrukční pravidla pro novou třídu vysoce vodivých pevných elektrolytů. A úspěšně překonat přetrvávající problémy současných pevných elektrolytů, jako je nízká cyklovatelnost a vysoký nadměrný potenciál.
„Věříme, že jednoiontové vodivé polymerní elektrolyty by otevřely možnost nových chemických látek v bateriích. Ty způsobí revoluci v oblasti dobíjecích baterií a nabídnou vysokou úroveň bezpečnosti, vysokou hustotu výkonu a dlouhou životnost,“ řekl Jingyi Gao, první autor výzkumné práce.
Podle Dr Dong-Myeong Shina z HKU mohou iontově selektivní elektrolyty také vést k rychlému nabíjení díky nízkému přepětí. „Umožňuje plně nabít elektromobily za čas potřebný k vypití šálku kávy. Tato pozoruhodná výhoda odemkne novou éru světa čisté energie,“ dodává.
Jejich zjištění se diskutovala v publikaci „Vytvořené sítě v rodině jednoiontových vodivých boritanových síťových polymerních elektrolytů bez rozpouštědel pro aplikace Li-metalových baterií“ publikované v Chemical Engineering Journal.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
