סוללות במצב מוצק, MIT מפתחת סוללה שעליך לטעון רק כל 3 ימים

צוות ב- MIT עיצב אנודה מתכתית ליתיום לשיפור אורך החיים וצפיפות האנרגיה של סוללות עתידיות. ננו-ארכיטקטורת חלת הדבש החדשה מבטיחה זינוק אבולוציוני לסוללות מצב מוצק.

דמיין שתוכל לטעון את הסמארטפון רק פעם בשלושה ימים, מבלי לשנות את משקל המכשיר או את גודלו. כיום זה לא דבר מפואר: פריצת דרך שתביא לחיים אלקטרוניים של צריכה עם סוללות מצב מוצק חדשות אלה. קבוצת מהנדסים ממכון מסצ'וסטס, בשיתוף עם עמיתים מהונג קונג, פלורידה וטקסס, עשתה את הצעד הראשון לקראת הדור החדש של סוללות נטענות.

אחת הדרכים הרבות בהן מדענים מקווים לשפר מערכות אחסון מבוססות ליתיום-יון הנוכחיות היא על ידי החלפת חלק מהרכיבים הנוזלים (אלקטרוליטים) בתקשורת מוצקה. מכשירים אלה, הידועים פשוט כסוללות במצב מוצק, בטוחים יותר ופחות מועדים לסכנת שריפה או פיצוץ. בנוסף, הם משווים עצמם לשינויים אדריכליים גדולים. האנודה ביחידות הליתיום-יונים של ימינו היא תערובת של נחושת וגרפיט, אך במכשירים חדשים יותר היא עשויה להיות עשויה מליתיום טהור. זה יאפשר להגדיל משמעותית את צפיפות האנרגיה ולמעשה להאריך את הטעינה של כלי רכב חשמליים ומכשירים אלקטרוניים בכלל.

" הרבה עבודה נעשתה על סוללות מצב מוצק, עם אלקטרודות מתכת ליתיום ואלקטרוליטים מוצקים," הוא מסביר ומציין כי המאמצים הללו נתקלו במספר בעיות. אחד העיקרים שבהם הוא הצטברות אטומים בתוך מתכת הליתיום והתרחבותו כתוצאה מכך במהלך טעינה; נהפוך הוא, במהלך הפריקה המתכת מתכווצת. שינויים במימדים חוזרים ונשנים לאורך כל המחזורים מקשים על המוצקים לשמור על מגע מתמיד. הסיכון הגדול ביותר? השבר או הניתוק של האלקטרוליט.

Original text


בעיה נוספת שאסור להמעיט בערכה היא שאף אחד מהאלקטרוליטים המוצקים המוצעים אינם יציבים כימית ברגע שהם במגע עם המתכת הליתיום המגיבה מאוד. כתוצאה מכך, המתחם נוטה להתפרק עם הזמן.

הפיתרון לשני האתגרים נובע מעיצוב חדש המשתמש בשתי סוגים נוספים של מוצקים, " מוליכים אלקטרוניים מעורבים של יונים " (MIEC) ובודד. החוקרים פיתחו ננו-ארכיטקטורה של חלת דבש תלת ממדית המורכבת מצינורות משושים של MIEC, המצופים חלקית בליתיום טהור ליצירת האנודה. נותר מקום בתוך כל צינור כדי לאפשר למתכת להתרחב פנימה בשלב הטעינה. פיתרון זה מקל על הלחץ מבלי לשנות את הממדים החיצוניים של האלקטרודה או את הגבול בין האלקטרודה והאלקטרוליט. החומר האחר, בידוד, משמש כקלסר מכני בין קירות ה- MIEC לשכבת האלקטרוליט המוצק.

לי אומר כי בעוד שמערכות רבות אחרות עובדות על מה שהם מכנים סוללות מוצקות, רוב המערכות הללו למעשה עובדות בצורה הטובה ביותר עם אלקטרוליט נוזלי מעורבב עם חומר אלקטרוליט מוצק שני. " אבל במקרה שלנו," הוא מסביר, " הכל ממש מוצק. הוא אינו מכיל נוזלים או ג'לים מכל סוג שהוא. " הצוות בדק את הארכיטקטורה של תשע סוללות המצב המוצק ודיווח כי הם מסוגלים לעמוד במאה מחזורי טעינה ופריקה ללא סימני שבר. המטרה כעת היא ליצור אנודות שמשקלן כרבע מהזרם אך עם אותה נפח אחסון.

מידע נוסף: www.nature.com - news.mit.edu

מומלץ

מאפיינים, יתרונות ושימושים של חומץ תפוחים
אבוקדו: איך לשתול את בורו?
מאפיינים, יתרונות ושימושים של עלי דפנה