Bateri litium-logam (LMBs), jenis bateri berasaskan litium yang boleh dicas semula yang muncul yang diperbuat daripada logam pepejal dan bukannya ion litium, adalah antara teknologi bateri boleh dicas semula berkepadatan tenaga tinggi yang paling menjanjikan. Walaupun mempunyai beberapa ciri yang menguntungkan, bateri ini mempunyai beberapa batasan, termasuk kepadatan tenaga yang lemah dan masalah berkaitan keselamatan.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, para penyelidik telah berusaha mengatasi batasan-batasan ini dengan memperkenalkan reka bentuk sel bateri lithium bebas anod yang alternatif. Reka bentuk bebas anod ini dapat membantu meningkatkan ketumpatan tenaga dan keselamatan bateri logam litium.
Penyelidik di Institut Sains Perindustrian Termaju Negara dan Teknologi baru-baru ini menjalankan kajian yang bertujuan untuk meningkatkan ketumpatan tenaga bateri litium bebas anod, memperkenalkan bateri litium bebas anod berketumpatan tinggi dan tahan lama berdasarkan penggunaan Li2Wahai ejen pengorbanan.
Senibina bateri sel penuh tanpa anod biasanya berdasarkan katod lithiated sepenuhnya dengan pengumpul arus tembaga kosong. Hebatnya, kedua-dua ketumpatan tenaga gravimetrik dan volumetrik bateri litium bebas anod dapat diperluas hingga had maksimumnya. Senibina sel tanpa anod mempunyai beberapa kelebihan lain berbanding reka bentuk LMB yang lebih konvensional, termasuk kos yang lebih rendah, keselamatan yang lebih besar dan prosedur pemasangan sel yang lebih mudah.
Untuk membuka potensi penuh LMB bebas anod, penyelidik harus terlebih dahulu mengetahui bagaimana mencapai kebolehbalikan / kestabilan penyaduran logam Li. Walaupun banyak yang berusaha menyelesaikan masalah ini dengan membuat kejuruteraan dan memilih elektrolit yang lebih baik, kebanyakan usaha ini setakat ini tidak berjaya.
Yang lain juga telah meneroka potensi penggunaan garam atau bahan tambahan yang dapat meningkatkan kebolehbalikan penyaduran / pelucutan logam Li. Setelah mengkaji percubaan sebelumnya, para penyelidik di Institut Sains dan Teknologi Perindustrian Lanjutan mencadangkan penggunaan Li2O sebagai ejen pengorbanan, yang dimuatkan ke LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 permukaan.
"Sangat sukar untuk mewujudkan kebolehbalikan Li yang tinggi, terutama mengingat takungan Li yang terhad (biasanya berlebihan litium nol) dalam konfigurasi sel," tulis para penyelidik dalam makalah mereka. “Dalam kajian ini kami telah memperkenalkan Li2O sebagai agen pengorbanan yang dimuatkan pada LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 katod, menyediakan sumber Li tambahan untuk mengimbangi kehilangan Li yang tidak dapat dipulihkan semasa berbasikal jangka panjang di sel bebas anod awal. "
Selain menggaji Li2Sebagai agen pengorbanan, para penyelidik mencadangkan penggunaan aditif fluoropropyl eter untuk meneutralkan nukleofilik O2-, yang dilepaskan semasa pengoksidaan Li2O, dan cegah evolusi tambahan gas gas O2 hasil daripada fabrikasi elektrolit berasaskan LiF yang dilapisi pada permukaan katod bateri.
"Kami menunjukkan bahawa O2- spesies, dilepaskan melalui Li2O pengoksidaan, dineutralkan secara sinergistik oleh aditif eter fluorinated, ”para penyelidik menjelaskan dalam makalah mereka. "Ini membawa kepada pembinaan lapisan berasaskan LiF di antara muka katod / elektrolit, yang pasif permukaan katod dan menahan penguraian oksidatif pelarut eter yang merugikan."
Berdasarkan reka bentuk yang mereka buat, Yu Qiao dan anggota pasukan yang lain di Institut Sains dan Teknologi Perindustrian Lanjutan Nasional dapat merealisasikan sel kantung bebas-anod 2.46 Ah yang berumur panjang. Sel ini menunjukkan ketumpatan tenaga gravimetrik 320 Wh kg-1, mengekalkan kapasiti 80% selepas 300 kitaran operasi.
Pada masa akan datang, litium bebas anod bateri diperkenalkan oleh kumpulan penyelidikan ini dapat membantu mengatasi beberapa batasan LMB yang biasa dilaporkan. Di samping itu, reka bentuknya dapat memberi inspirasi kepada penciptaan bateri boleh dicas semula berasaskan litium yang lebih selamat dengan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi dan jangka hayat yang lebih lama.
