Lityum iyonları yerine katı hal metalden yapılmış, yeni ortaya çıkan şarj edilebilir lityum bazlı piller olan lityum metal piller (LMB'ler), en umut verici yüksek enerji yoğunluklu şarj edilebilir pil teknolojileri arasındadır. Bazı avantajlı özelliklere sahip olmalarına rağmen bu pillerin, düşük enerji yoğunluğu ve güvenlikle ilgili sorunlar da dahil olmak üzere çeşitli sınırlamaları vardır.
Son yıllarda araştırmacılar, alternatif, anotsuz bir lityum pil hücresi tasarımı sunarak bu sınırlamaların üstesinden gelmeye çalıştılar. Bu anotsuz tasarım, lityum metal pillerin enerji yoğunluğunu ve güvenliğini artırmaya yardımcı olabilir.
Ulusal İleri Endüstriyel Bilimler Enstitüsü'ndeki araştırmacılar ve Teknoloji Yakın zamanda anotsuz lityum pillerin enerji yoğunluğunu arttırmayı amaçlayan bir çalışma gerçekleştirildi ve Li kullanımına dayalı yeni, yüksek enerji yoğunluklu ve uzun ömürlü anotsuz lityum pil tanıtıldı.2Ey kurban aracı.
Anotsuz tam hücreli pil mimarileri tipik olarak çıplak anotlu bakır akım toplayıcıya sahip tamamen lityumlanmış bir katoda dayanır. Dikkat çekici bir şekilde anotsuz lityum pillerin hem gravimetrik hem de hacimsel enerji yoğunlukları maksimum limitlerine kadar genişletilebilir. Anotsuz hücre mimarilerinin daha geleneksel LMB tasarımlarına göre daha düşük maliyet, daha fazla güvenlik ve daha basit hücre montaj prosedürleri dahil olmak üzere birçok başka avantajı vardır.
Anotsuz LMB'lerin tam potansiyelini ortaya çıkarmak için araştırmacıların öncelikle Li-metal kaplamanın tersine çevrilebilirliğini/kararlılığını nasıl elde edeceklerini bulmaları gerekiyor. Birçoğu bu sorunu mühendislik yaparak ve daha uygun elektrolitler seçerek çözmeye çalışsa da, bu çabaların çoğu şu ana kadar başarısız oldu.
Diğerleri ayrıca Li-metal kaplama/sıyırmanın tersine çevrilebilirliğini iyileştirebilecek tuzların veya katkı maddelerinin kullanılma potansiyelini de araştırdılar. Bu önceki girişimleri inceledikten sonra, Ulusal İleri Endüstriyel Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar Li'nin kullanımını önerdiler.2O, bir LiNi'ye önceden yüklenmiş bir kurban ajanı olarak0.8Co0.1Mn0.1O2 yüzey.
Araştırmacılar makalelerinde şöyle yazdı: "Özellikle hücre konfigürasyonundaki sınırlı Li rezervuarı (tipik olarak sıfır lityum fazlalığı) göz önüne alındığında, yüksek Li tersine çevrilebilirliğini gerçekleştirmek zorlayıcıdır." “Bu çalışmada Li'yi tanıttık.2O, LiNi'de önceden yüklenmiş bir kurban ajanı olarak0.8Co0.1Mn0.1O2 katot, başlangıçta anot içermeyen bir hücrede uzun vadeli döngü sırasında geri dönüşü olmayan Li kaybını dengelemek için ek bir Li kaynağı sağlar.
Li'yi çalıştırmanın yanı sıra2Araştırmacılar, kurban bir madde olarak OXNUMX'yi nötralize etmek için bir floropropil eter katkı maddesinin kullanılmasını önerdiler.2- Li'nin oksidasyonu sırasında açığa çıkan2O ve gaz halindeki O'nun ilave gelişimini önleyin2 Pilin katotunun yüzeyi üzerine kaplanmış LiF bazlı bir elektrolitin imalatından kaynaklanır.
“Gösteriyoruz ki O2– Li aracılığıyla salınan türler2Araştırmacılar makalelerinde şöyle açıkladı: O oksidasyonu, florlu bir eter katkı maddesiyle sinerjistik olarak nötralize edilir. "Bu, katot/elektrolit arayüzünde, katot yüzeyini pasifleştiren ve eter solventlerin zararlı oksidatif ayrışmasını sınırlayan LiF bazlı bir katmanın inşasına yol açar."
Yu Qiao ve Ulusal İleri Endüstriyel Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki ekibin geri kalanı, tasarladıkları tasarıma dayanarak uzun ömürlü 2.46 Ah'lik başlangıç anodu içermeyen bir kese hücresi gerçekleştirmeyi başardılar. Bu hücre 320 Wh kg- gravimetrik enerji yoğunluğu sergiledi-180 çalışma döngüsünden sonra %300 kapasiteyi korur.
Gelecekte anotsuz lityum pil Bu araştırma grubu tarafından ortaya konan yaklaşım, LMB'lerin yaygın olarak bildirilen bazı sınırlamalarının üstesinden gelinmesine yardımcı olabilir. Ayrıca tasarımı, daha yüksek enerji yoğunluğuna ve daha uzun ömürlü, daha güvenli lityum bazlı şarj edilebilir pillerin oluşturulmasına ilham verebilir.
