Исследователи из Университета Тохоку разработали новый тип полимерного твердого электролита для литий-ионных аккумуляторов, который безопаснее, чем обычно используемые электролиты, сохраняя при этом нормальную проводимость устройства.
В статье, опубликованной в журнале iScience, ученые объясняют, что органические электролиты, такие как жидкий карбонат этилена (ethylene carbonate — EC) и их гели, использовались в качестве предпочтительных литий-ионных электролитов из-за их сопротивления напряжению и ионной проводимости. Однако они не самые безопасные и очень легко воспламеняются.
Полимерные твердые электролиты, с другой стороны, считаются более безопасными, чем их аналоги из карбонат этилена. Такие вещества, как полиэтиленгликоль (ПЭГ), были предложены в качестве ударопрочных литий-ионных электролитов. Тем не менее, полимерные электролиты на основе ПЭГ кристаллизуются уже при комнатной температуре, что приводит к значительному падению проводимости литий-ионов.
Чтобы решить эту проблему, группа Tohoku изобрела новый тип полимерного твердого электролита, объединив пористую полимерную мембрану с порами в несколько микрон и полимерный электролит на основе полиэтиленгликоля PEG.
Полученные таким образом, полимерные твердые электролиты реализовали высокую литий-ионную проводимость в этом классе аккумуляторов (10-4 S/cm)*, что эквивалентно жидкости и достаточно для практического использования с высоким числом переноса литий-ионов (0,39).
Ионы лития, перемещающиеся в электролите, движутся в различных направлениях за счет естественной диффузии. Расстояние составляет от нескольких мкм до 10 мкм и не всегда перемещается линейно между электродами, что является одной из причин снижения ионной проводимости. Но новое исследование показало, что производительность твердых полимерных электролитов на основе ПЭГ была улучшена за счет их соединения с пористыми мембранами микронного размера.
По словам исследователей, полимерный твердый электролит не только показал высокую производительность, но и, как ожидается, будет эффективен в предотвращении образования литиевых дендритов, которые могут привести к коротким замыканиям.
Nota bene:
*Сименс — единица измерения электрической проводимости в Международной системе единиц (СИ), величина, обратная ому. По определению сименс равен электрической проводимости проводника, сопротивление которого составляет 1 Ом.
Другие хорошие новости по теме: Новые технологии экстремально быстрой зарядки аккумуляторов
Источники:
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/09/220907105440.htm
