הביצועים של סוללות ליתיום נפרצו בהדרגה

הביצועים של סוללות ליתיום נפרצו בהדרגה

אנודות סיליקון משכו תשומת לב רבה בתעשיית הסוללות.לעומתבטריות ליתיוםבאמצעות אנודות גרפיט, הם יכולים לספק קיבולת גדולה פי 3-5.הקיבולת הגדולה יותר פירושה שהסוללה תחזיק מעמד זמן רב יותר לאחר כל טעינה, מה שיכול להאריך משמעותית את מרחק הנסיעה של כלי רכב חשמליים.למרות שסיליקון יש בשפע וזול, מחזורי הטעינה-פריקה של אנודות Si מוגבלים.במהלך כל מחזור טעינה-פריקה, נפחם יתרחב מאוד, ואפילו הקיבול שלהם ירד, מה שיוביל לשבר של חלקיקי האלקטרודה או לדה למינציה של סרט האלקטרודה.

צוות KAIST, בראשות פרופסור ג'אנג ווק צ'וי ופרופסור עלי קוסקון, דיווח ב-20 ביולי על דבק גלגלת מולקולרית לסוללות ליתיום יון בקיבולת גדולה עם אנודות סיליקון.

צוות KAIST שילב גלגלות מולקולריות (הנקראות polyrotaxanes) לתוך מקשר אלקטרודות הסוללה, כולל הוספת פולימרים לאלקטרודות הסוללה כדי לחבר את האלקטרודות למצעי מתכת.הטבעות בפולירוטן מוברגות לתוך שלד הפולימר ויכולות לנוע בחופשיות לאורך השלד.

הטבעות בפולירוטן יכולות לנוע בחופשיות עם שינוי הנפח של חלקיקי הסיליקון.החלקת הטבעות יכולה לשמור ביעילות על צורת חלקיקי הסיליקון, כך שהם לא יתפרקו בתהליך שינוי הנפח המתמשך.ראוי לציין כי אפילו חלקיקי סיליקון כתושים יכולים להישאר מתלכדים בשל הגמישות הגבוהה של דבקי פולירוטן.תפקידם של הדבקים החדשים עומד בניגוד חד לזה של הדבקים הקיימים (בדרך כלל פולימרים ליניאריים פשוטים).הדבקים הקיימים בעלי גמישות מוגבלת ולכן אינם יכולים לשמור על צורת החלקיקים בצורה יציבה.דבקים קודמים יכולים לפזר חלקיקים כתושים ולהפחית או אפילו לאבד את הקיבולת של אלקטרודות סיליקון.

המחבר סבור שזו הדגמה מצוינת לחשיבות המחקר הבסיסי.פולירוטקסן זכה בפרס נובל בשנה שעברה על הרעיון של "קשרים מכניים"."קשר מכני" הוא מושג שהוגדר לאחרונה שניתן להוסיף לקשרים כימיים קלאסיים, כגון קשרים קוולנטיים, קשרים יוניים, קשרי קואורדינציה וקשרי מתכת.מחקר בסיסי ארוך טווח מטפל בהדרגה באתגרים ארוכי השנים של טכנולוגיית הסוללה בקצב בלתי צפוי.המחברים גם ציינו שהם עובדים כעת עם יצרן סוללות גדול כדי לשלב את הגלגלות המולקולריות שלהם במוצרי סוללות בפועל.

סר פרייזר סטודארט, זוכה פרס פרס אציל לכימיה לשנת 2006 באוניברסיטת נורת'ווסטרן, הוסיף: "קשרים מכניים התאוששו לראשונה בסביבת אגירת אנרגיה.צוות KAIST השתמש במיומנות בקלסרים מכניים בפולירוטקסנים עם טבעות מחליקות ובפוליאתילן גליקול ספירלי אלפא-ציקלודקסטרין מתפקד, המסמל פריצת דרך בביצועים של סוללות ליתיום-יון בשוק, כאשר בצורת גלגלת מתקבצים עם קלסרים מכניים.תרכובות מחליפות חומרים קונבנציונליים עם קשר כימי אחד בלבד, שתהיה לה השפעה משמעותית על תכונות החומרים והציוד.


זמן פרסום: מרץ-10-2023