Amerikanische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Ersetzen von Kohlenstoffatomen durch Boratome die Festkörper-Lithium-Ionen-Batterietechnologie erheblich verbessert hat!

Laut ausländischen Medienberichten leiteten BrandonWood, Wissenschaftler am Lawrence Rivermore NaTIonal Laboratory (LLNL), und Mirjana Dimitrievska, Wissenschaftlerin am Nationalen Institut für Standards und Technologie (USA), eine internationale Forschungs- und Entwicklungszusammenarbeit, und das Forschungsteam fand sie in Lithiumbatterie-Elektrolyt. Wenn Boratome (Boronatom) anstelle von Kohlenstoffatomen verwendet werden, wird die Mobilität von Lithiumionen verbessert. Diese Funktion ist attraktiv für Festkörperbatterien.

Dies ist ein Beispiel für die sogenannte "FrustraTION": Die Dynamik des Systems bestimmt, dass Lithiumionen niemals damit zufrieden sind, an Ort und Stelle zu bleiben, sodass Lithiumionen immer in Bewegung sind.

Im Vergleich zu aktuellen Batterien können Festkörper-lithium-ionen-batterien die Sicherheit, Spannung und Energiedichte erhöhen. Festkörperbatterien befinden sich jedoch noch in einem frühen Entwicklungsstadium, und bisher wurden nur wenige kommerzielle Festkörperlithiumbatterien erzielt.

Eines der Haupthindernisse für die Kommerzialisierung von Festkörperbatterien besteht darin, dass zu wenige Festelektrolytmaterialien zur Auswahl stehen, um sicherzustellen, dass sich Lithiumionen effektiv zwischen positiven und negativen Polen bewegen können.

Es gibt jedoch viele Probleme mit den verfügbaren Materialien, von denen einige Probleme mit der Stabilität der Materialien haben und andere schwer zu verarbeiten sind. Die verbleibenden Alternativen werden aufgrund der langsamen Bewegungsgeschwindigkeit der Lithiumionen eliminiert. Dies bedeutet, dass zum Zeitpunkt der Herstellung sichergestellt werden muss, dass das Material sehr dünn ist.

Die neue Studie konzentriert sich auf das neue Material geschlossene Borate, bei dem kürzlich eine schnellere Lithiumionenflussrate festgestellt wurde. Laut Wood sind die elektrochemischen Eigenschaften des Materials stabil und leichter zu verarbeiten. Im Vergleich zu anderen Materialien sind die Vorteile größer.

Obwohl es einige Hindernisse für die Kommerzialisierung gibt, sind die thermische Stabilität, die mechanische Festigkeit und die Zyklizität hoch, was genau im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit des Teams steht. Das neue Material ist attraktiv und kann in Zukunft als Ersatz für die heutigen Festelektrolytmaterialien verwendet werden.

Das Elektrolytmaterial ist ein Salzmaterial, das positiv geladenes wasserfreies Lithiumchlorid und negativ geladene geschlossene Borsäureanionen enthält. Die Studie zeigte, dass das geschlossene Borsäureanion die Neueinstellung seiner Position, das Schweben innerhalb der festen Matrix und die alternative Verschiebung gemäß einer bestimmten Prioritätsorientierung schnell abschließen kann.

Wenn dem geschlossenen Borsäureanion Kohlenstoff zugesetzt wird, wird ein sogenannter Dipol erzeugt, der Lithiumionen in den nahe gelegenen Kohlenstoffatomen abstößt. Mit der Geschwindigkeit des Anions stehen die Kohlenstoffatome unterschiedlichen Positionen gegenüber, wobei jedes Mal die Lithiumionen in der festen Matrix gezwungen werden, sich in den nahe gelegenen Bereich zu bewegen. Da diese Art von Salz ein galoppierendes Anion ist, wird die Fließgeschwindigkeit von Lithiumionen sehr schnell.

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