فقط فوق العاده؟ مطالعه جدید فرضیات اساسی باتری های لیتیوم فلزی با حالت جامد را مورد اختلاف قرار می دهد

باتری های مبتنی بر LLZO سود محدودی از چگالی انرژی را نشان می دهند و با چالش های تولید روبرو هستند. الکترولیتهای ترکیبی می توانند حیاتی تر باشند

یک مطالعه جدید که به بررسی الکترولیتهای جامد از یک نوع باتری های فلزی لیتیوم می پردازد ، نشان می دهد که مزایای چگالی انرژی آنها ممکن است بیش از حد ارزیابی شود. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که یک باتری جامع فلزی لیتیوم (ASSLMB) با استفاده از اکسید زیرکونیوم لیتیوم لانتان (LLZO) به چگالی انرژی گرانشی تنها 272 WH/kg-light در مقایسه با 250 WH/kg ارائه شده توسط یون یونی یونی لیتیوم یونی یونی یون یون یونی یون یونی یون یون یون یون یون یون یون یون یون خواهد رسید.

با توجه به هزینه های بالای تولید و مشکلات فنی مرتبط با تولید LLZO ، این مطالعه به الکترولیت های کامپوزیت یا شبه جامد به عنوان گزینه های عملی تر اشاره دارد.

اریک جیانفن چنگ ، ​​نویسنده پیشرو در این مطالعه و محقق در WPI-AIMR می گوید: “باتری های فلزی لیتیوم از تمام حالتهای جامد ، مدت هاست که آینده ذخیره انرژی در نظر گرفته شده است ، اما اکتشافات ما نشان می دهد که طرح های مبتنی بر LLZO ممکن است جهش مورد انتظار تراکم انرژی را فراهم نکنند.” “حتی در سناریوهای ایده آل ، پیشرفت ها متوسط ​​هستند و چالش های تولید و هزینه ها قابل توجه است.”

تأثیر LLZO بر عملکرد باتری

باتری های فلزی لیتیوم با حالت جامد به دلیل پتانسیل آنها برای ارائه ایمنی و انرژی بهتر ، به عنوان یک فناوری امیدوار کننده نسل بعدی دیده می شوند. LLZO یکی از در معرض الکترولیت های جامد است که به دلیل ثبات و توانایی آن در انجام موثر یون های لیتیوم شناخته شده است.

با این حال ، مدل سازی دقیق یک سلول عملی مبتنی بر LLZO این عقیده را که این ماده به طور قابل توجهی چگالی انرژی را افزایش می دهد ، اختلاف نظر می کند. حتی هنگامی که از یک جداکننده سرامیکی LLZO فوق العاده 25 متری LLZO و کاتد با ظرفیت بالا استفاده می کند ، این مطالعه نشان می دهد که عملکرد باتری فقط کمی بهتر از بهترین باتری های لیتیوم یون معمولی است.

یکی از موضوعات مهم تأکید شده در این مطالعه چگالی LLZO است که باعث افزایش توده سلولی کلی و کاهش مزایای انرژی مورد انتظار می شود. اگرچه چگالی انرژی حجمی تقریباً به 823 WH/L می رسد ، وزن اضافه شده و هزینه LLZO با عملی بودن آن تداخل دارد.

علاوه بر این ، خشونت مواد ، مشکل در تولید ورق های نازک بدون نقص و مشکلات مربوط به لیتیوم دندریت ها و شکاف های رابط ، عملکرد بزرگ در مقیاس را پیچیده تر می کند. چنگ توضیح داد: “LLZO از نظر پایداری ماده ای عالی است ، اما محدودیت های مکانیکی آن و مجازات وزنی موانع جدی برای تجاری سازی ایجاد می کند.”

بررسی راه حل های الکترولیت ترکیبی

از طرف دیگر ، محققان رویکردهای ترکیبی را که LLZO را با سایر مواد ادغام می کند ، بررسی می کنند. یک استراتژی امیدوار کننده شامل الکترولیت های کامپوزیت LLZO-B-POLYMER است که ضمن بهبود انعطاف پذیری و تولید ، هدایت یون بالایی را حفظ می کنند. رویکرد دیگر الکترولیتهای شبه نمک LLZO است که شامل مقدار کمی از الکترولیت مایع برای افزایش حمل و نقل یون و یکپارچگی ساختاری است. این طرح های ترکیبی نشان دهنده ثبات طولانی مدت بهبود یافته است.

چنگ گفت: “به جای تمرکز روی یک باتری سرامیکی کاملاً محکم ، ما باید در مورد رویکرد خود تجدید نظر کنیم.” “با ترکیب LLZO با الکترولیت های پلیمر یا ژل ، می توانیم تولید را بهبود بخشیم ، وزن کم کنیم و هنوز هم عملکرد بالایی داشته باشیم.”

مرجع: “الکترولیتهای جامد گارنت لنک: وضعیت فعلی ، چالش ها و دیدگاههای باتری های عملی لی-فلزی” توسط اریک جیانفنگ چل ، میشا ، میک ، رجینا گارسیا-مندز ، بو Gao ، تائو هوو ، تائو زنهانگ ، فی چن ، ریوجی ، رویوجی ، رایوجی ، رایوجی inada ، Hidemi Kato ، Shin-Shin Takeshi Abe and Kiyoshi Kanamura ، 20 دسامبر 2024 ، مواد ذخیره سازیحرف
doi: 10.1016/j.ensm.2024.103970