Elektroniklerin hızlı gelişimi, hızlandırılmış şarj, artan enerji tüketimi ve uzun hizmet ömrü ile pillerin oluşturulmasını gerektirir. Piyasada baskın lityum iyon pillerin değiştirilmesi için ana adaylardan biri lityum metalik piller (LMB) idi. Temel farkları, teorik olarak% 50 -% 100 daha fazla enerji yoğunluğu elde etmenizi sağlayan grafit veya silikon yerine anotta metal lityum kullanılmasıdır. Şarj süreçlerinin yavaşlaması Ve düşük döngüsel tersinirlik hala pratik uygulamalarını sınırlandırdı, bu da yük ve stabilite hızını azaltır.
Stanford Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, elektrolitler için yenilikçi bir çözüm – asimetrik eter çözücüler önerdi. Çalışmanın sonuçları, yeni gelişmenin sadece şarj LMB’sini hızlandırmakla kalmayıp aynı zamanda istikrarlarını da arttırdığını göstermektedir.
Çalışmanın önde gelen yazarı Rock Choi, “Amacımız, çözücü moleküllerinin tasarımı yoluyla yüksek yük hızına sahip lityum metalik piller yaratmaktır” dedi. Bilim adamları, Li-ion pillerde kullanılan etilmetilkarbonat (EMC), asimetrik alkilkarbonat yapısından ilham aldı ve eterik çözücüler için benzer bir yaklaşım uyarlandı.
Elektrolitlerde kullanılan geleneksel temel çözücüler, oksijen atomları ile ilişkili iki özdeş hidrokarbon grubuna sahip simetrik moleküllerden oluşur. Bu yapı, çözücü moleküllerinin ortamından lityum iyonlarının salınımını yavaşlatır (LI+), yükün hızını olumsuz etkiler. Aksine, asimetrik çözücüler farklı yan gruplar içerir – ana çözücü molekülüne bağlı kimyasal fragmanlar, yapı ve boyut açısından farklılık gösterir. Bu nedenle, Stanford’da geliştirilen asimetrik eter çözücülerde, molekülün “iki tarafı” vardır-örneğin, bir kompakt metil grubu (-CH3) ve diğeri daha büyük bir flor grubu (-cf3). Bu, Li’nin hareketi için moleküllerin mekansal yapısı nedeniyle ortaya çıkan sterik engelleri (fiziksel girişim) azaltır+.
Choi, “Simetrik moleküller, bir elektrik alanının etkisi altında iyonların anota erişimini engelliyor” dedi. – Asimetrik, LI restorasyonunu hızlandıracak şekilde inşa edilmiştir+ ve desolvatation ” Yeni çözücülerde dipol oryantasyonunun optimizasyonu, yük transferini geliştirerek, stabil bir katı elektrolit inter -faz tabakasının (SEI) oluşumuna ve anot üzerindeki lityumun eşit yağışına katkıda bulundu.
Deneyler, moleküllerin asimetrisinin Li’nin kinetiğini hızlandırdığını doğruladı+yüksek hızlı modlarda pillerin ömrünü arttırmak. Örneğin, eterik “iskelet” ve florür derecesini değiştirerek oluşturulan F3ME çözücü, sorunsuz hücrelerin (önceden yüklenmiş bir anot olmadan) aerotaxi’nin (EVTOL) çalışma koşullarını taklit eden testlerde 600’den fazla döngüye dayanmasına izin verdi.
Bir sonraki ekipler-silikon anotlu sistemler ve Li-S mimarisi dahil olmak üzere diğer lityum pil tipleri için benzer elektrolitlerin geliştirilmesi. Choi, “Moleküler tasarım stratejimiz, çeşitli uygulamalar için bütün bir çözücü ailesi yaratmanın yolunu açıyor” dedi.
Bu çalışma sadece LMB için özel bir çözüm sunmakla kalmaz, aynı zamanda hız, kapasite ve dayanıklılık kombinasyonunun kritik bir zorluk olarak kaldığı güç kaynağı alanındaki gelecekteki gelişmeler için bir vektör de belirler.
