 Ученые Лаборатории Беркли разработали новый электролит для использования в твердотельных литиевых батареях, который преодолевает многие из проблем, мешающие другим твердым электролитам, в то же время показывая признаки совместимости с катодами следующего поколения. Исследователи разработали гибридный электролит с высокой проводимостью, сочетая два основных типа твердых электролитов - полимер и стекло.
Электролит несет в себе электрический заряд между катодом и анодом батареи, и в большинстве коммерческих батарей является жидким. Исследователи стремятся разработать батарею с полностью твердыми компонентами, так как она, скорее всего, станет работать лучше, дольше и безопаснее.
Эти два вида твердых электролитов - полимера и стекло (или керамика) - имеют свой набор вопросов. Полимерные электролиты не могут достаточно хорошо проводить при комнатной температуре и должны быть нагреты. Керамические электролиты, с другой стороны, хорошо проводят при комнатной температуре, но требуют большого давления, чтобы поддерживать контакт с электродами.
Новый материал, гибрид стекла и полимера, было сделан путем сбора частиц со стекла, прикладывания цепи перфторполиэфира к поверхности частиц, добавления соли и последующего создания пленки из этих компонентов. Настраивая соотношение полимер-стекло, исследователи смогли создать совместимый электролит с высокой проводимостью при комнатной температуре и отличной электрохимической стабильностью.
Хотя проводимость является не такой хорошей, как у жидкого электролита, будучи примерно от 10 до 15 раз ниже, она, вероятно, достаточно хороша для некоторых приложений. Почти весь ток в гибридном электролите переносится ионом лития. В обычных литиевых электролитах только 20-30 процентов тока переносится ионом лития. Тем не менее, вполне вероятно, что настройка различными стеклянных соединений, размера частиц, длины и концентрации полимерных цепей приведет к улучшению проводимости.
Исследователи также показали, что их гибридный электролит должен быть стабилен по сравнению с двумя наиболее перспективными катодными кандидатами следующего поколения, которые находятся в разработке.
Дальнейшие эксперименты показали, что гибридный электролит может хорошо подходить для работы с серным катодом, работающем при относительно низком напряжении, но имеет преимущества высокой производительности и очень недорогой цены. Основным видом разрушения в литий-серных элементах с обычными жидкими электролитами является растворение промежуточных соединений, образующихся по мере того, как сера в катоде превращается в сульфид лития в электролите. Тем не менее, промежуточные соединения оказались нерастворимыми в стеклянном полимерном электролите.
Исследователи считают, что их работа открывает ранее неизвестный путь для разработки гибридных твердых электролитов, которые будут удовлетворять текущие проблемы литиевых батарей.
|
