Μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου Brown με επικεφαλής τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Χρήστο Αθανασίου, βρήκε έναν τρόπο να διπλασιάσει την ανθεκτικότητα ενός κεραμικού υλικού που χρησιμοποιείται για την κατασκευή μπαταριών ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασης. Η στρατηγική, που περιγράφεται στο περιοδικό Matter , θα μπορούσε να είναι χρήσιμη για τη μεταφορά μπαταριών στερεάς κατάστασης στη μαζική παραγωγή.
Ο ηλεκτρολύτης είναι το φράγμα μεταξύ της καθόδου της μπαταρίας και της ανόδου μέσω της οποίας ρέουν ιόντα λιθίου κατά τη φόρτιση ή την εκφόρτιση. Οι υγροί ηλεκτρολύτες λειτουργούν αρκετά καλά – βρίσκονται στις περισσότερες μπαταρίες που χρησιμοποιούνται σήμερα – αλλά έχουν κάποια προβλήματα. Σε υψηλά ρεύματα, μικροσκοπικές ίνες μετάλλου λιθίου μπορούν να σχηματιστούν μέσα στους ηλεκτρολύτες, οι οποίες προκαλούν βραχυκύκλωμα των μπαταριών. Και δεδομένου ότι οι υγροί ηλεκτρολύτες είναι επίσης πολύ εύφλεκτοι, αυτές οι ίνες μπορούν να οδηγήσουν σε πυρκαγιές.
Οι συμπαγείς κεραμικοί ηλεκτρολύτες δεν είναι εύφλεκτοι και υπάρχουν ενδείξεις ότι μπορούν να αποτρέψουν το σχηματισμό ινών λιθίου, τα οποία θα μπορούσαν να επιτρέψουν στις μπαταρίες να λειτουργούν σε υψηλότερα ρεύματα. Ωστόσο, τα κεραμικά είναι εξαιρετικά εύθραυστα υλικά που μπορούν να σπάσουν κατά τη διαδικασία κατασκευής και κατά τη χρήση.
Ο Αθανασίου συνεργάστηκε με τους καθηγητές μηχανικής Brown Brian Sheldon και Nitin Padture, οι οποίοι εδώ και χρόνια χρησιμοποιούν νανοϋλικά για να σκληρύνουν κεραμικά για χρήση στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Για αυτό το έργο, οι ερευνητές έφτιαξαν μικροσκοπικά νανοσύνθετα από οξείδιο του γραφενίου, τα ανακάτεψαν με σκόνη ενός κεραμικού που ονομάζεται LATP και στη συνέχεια θέρμαναν το μείγμα για να σχηματίσουν ένα σύνθετο κεραμικό-γραφενίου.
Ο μηχανικός έλεγχος του σύνθετου έδειξε μια υπερδιπλάσια αντοχή σε σύγκριση με το κεραμικό μόνο. “Αυτό που συμβαίνει είναι ότι όταν η ρωγμή ξεκινά σε ένα υλικό, τα νανοσύνθετα γραφενίου ουσιαστικά συγκρατούν τις σπασμένες επιφάνειες μαζί έτσι ώστε να απαιτείται περισσότερη ενέργεια για να τρέξει η ρωγμή”, δήλωσε ο Αθανασίου.
Συνολικά, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα νανοσύνθετα θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια πορεία προς τα εμπρός για την κατασκευή ασφαλέστερων στερεών ηλεκτρολυτών με μηχανικές ιδιότητες ικανές για χρήση σε καθημερινές εφαρμογές. Η ομάδα σχεδιάζει να συνεχίσει να εργάζεται για τη βελτίωση του υλικού, δοκιμάζοντας νανοϋλικά εκτός από το γραφένιο και διαφορετικούς τύπους κεραμικών ηλεκτρολυτών.
Χρήστος Ε. Αθανασίου, Mok Yun Jin, Cristina Ramirez, Nitin P. Padture, Brian W. Sheldon. Ανόργανοι στερεοί ηλεκτρολύτες υψηλής αντοχής μέσω της χρήσης μειωμένου οξειδίου του γραφενίου . Θέμα , 2020; DOI: 10.1016 / j.matt.2020.05.003
Ελληνικά 
English (UK)