Os cristais líquidos como eletrólitos em baterias de íon-lítio possibilitarão a criação de células de metal de lítio estáveis?
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Um estudo interessante da Carnegie Mellon University. Os cientistas propuseram o uso de cristais líquidos em células de íon-lítio para aumentar sua densidade de energia, estabilidade e capacidade de carga. A obra ainda não avançou, por isso vamos esperar pelo menos cinco anos para sua conclusão - se possível.
Os cristais líquidos revolucionaram os visores, agora podem ajudar as baterias
Índice analítico
- Os cristais líquidos revolucionaram os visores, agora podem ajudar as baterias
- Cristais líquidos como um truque para obter um eletrólito líquido-sólido
Resumindo: os fabricantes de células de íon-lítio estão atualmente buscando aumentar a densidade de energia das células enquanto mantêm ou melhoram o desempenho da célula, incluindo, por exemplo, melhorar a estabilidade em potências de carregamento mais altas. A ideia é deixar as baterias mais leves, seguras e mais rápidas de recarregar. Um pouco como o triângulo rápido-barato-bom.
Uma das maneiras de aumentar significativamente a energia específica das células (em 1,5-3 vezes) é o uso de ânodos feitos de metal de lítio (Li-metal).... Não carbono ou silício, como antes, mas lítio, elemento diretamente responsável pela capacidade da célula. O problema é que esse arranjo desenvolve rapidamente dendritos de lítio, protuberâncias de metal que com o tempo conectam os dois eletrodos, danificando-os.
Cristais líquidos como um truque para obter um eletrólito líquido-sólido
O trabalho está em andamento para empacotar ânodos em vários materiais para formar uma camada externa que permite o fluxo de íons de lítio, mas não permite o crescimento de estruturas sólidas. Uma solução potencial para o problema também é o uso de um eletrólito sólido - uma parede através da qual os dendritos não podem penetrar.
Cientistas da Carnegie Mellon University adotaram uma abordagem diferente: eles querem ficar com eletrólitos líquidos comprovados, mas com base em cristais líquidos. Os cristais líquidos são estruturas que estão a meio caminho entre os líquidos e os cristais, ou seja, sólidos com uma estrutura ordenada. Cristais líquidos são líquidos, mas suas moléculas são altamente ordenadas (fonte).
No nível molecular, a estrutura de um eletrólito de cristal líquido é apenas uma estrutura cristalina e, portanto, bloqueia o crescimento dos dendritos. Porém, ainda estamos lidando com um líquido, ou seja, uma fase que permite o fluxo de íons entre os eletrodos. O crescimento de dendritos é bloqueado, as cargas devem fluir.
Isso não é mencionado no estudo, mas os cristais líquidos têm outra característica importante: uma vez que a voltagem é aplicada a eles, eles podem ser arranjados em uma certa ordem (como você pode ver, por exemplo, olhando para essas palavras e a fronteira entre o preto letras e um fundo claro). Portanto, pode acontecer que, quando a célula começar a carregar, as moléculas de cristal líquido sejam posicionadas em um ângulo diferente e "raspe" os depósitos dendríticos dos eletrodos.
Visualmente, isso se parecerá com o fechamento das abas, digamos, no orifício de ventilação.
A desvantagem da situação é que Carnegie Mellon University acaba de começar a pesquisa sobre novos eletrólitos... Já se sabe que sua estabilidade é inferior à dos eletrólitos líquidos convencionais. A degradação celular ocorre mais rapidamente e não é nessa direção que nos interessa. No entanto, é possível que com o tempo o problema seja resolvido. Além disso, não esperamos o aparecimento de compostos de estado sólido antes da segunda metade da década:
> LG Chem usa sulfetos em células de estado sólido. Comercialização de eletrólito sólido não antes de 2028
Foto introdutória: Dendritos de lítio são formados no eletrodo de uma célula microscópica de íons de lítio. A grande figura escura no topo é o segundo eletrodo. A "bolha" inicial de átomos de lítio dispara em algum ponto, criando um "bigode" que é a base do dendrito emergente (c) PNNL Unplugged / YouTube:
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