Las baterías de iones de litio han sido un lugar importante en la fabricación de dispositivos durante años, pero los electrolitos líquidos en los que confían en trabajar son bastante inestables, lo que causa riesgos de incendio y preocupaciones de seguridad. Ahora, los investigadores de PAN State están buscando una solución de almacenamiento de energía alternativa confiable para su uso en computadoras portátiles, teléfonos y vehículos eléctricos: electrolitos de estado sólido (SSE).
Según Hangato Sun, profesor asistente de ingeniería industrial y de fabricación, las baterías del estado sólido, que utiliza SSE en lugar de electrolitos líquidos, son un sustituto importante de las baterías de iones de litio. Explicó que, aunque existen diferencias clave, las baterías se ejecutan de manera similar por el nivel básico.
“Las baterías recargables consisten en dos electrodos internos: un anodo de uno y un cátodo en el otro”, dijo Sun. Las baterías de iones de litio usan electrolitos líquidos, mientras que las baterías de estado sólido usan SSE. “
Sun dijo que cuando las baterías de estado sólido ofrecen una mejor estabilidad y seguridad que las baterías tradicionales de iones de litio, pero se enfrentan muchos desafíos manufactureros y conductores. Por ejemplo, la alta temperatura introducida en el proceso de tela, especialmente con SSE basados en cerámica, puede obstaculizar su producción e implementación práctica.
Para superar este desafío, el Sol, Sun y su equipo utilizaron una técnica llamada Centros Cold, un proceso donde el material de polvo se calienta, se trata con solventes líquidos y se comprime en una forma en forma de densa como una cáscara latip, llamada Latop Pelg. Este método se llama “frío” porque funciona a una temperatura de procesamiento significativamente más baja que la sinterización tradicional, en lugar de depender de la presión aplicada al proceso y una pequeña cantidad de solvente líquido. Publicaron su punto de vista Energía del contenido de hoy.
Las SSE tradicionales a base de cerámica generalmente consisten en granos de cristal poli-cientos de pequeños materiales de cristal se separan de los límites. Según el Sol, los límites del grano se consideran defectos que están obstruidos por el transporte de iones conductores. El sol, para reducir la pérdida de suministro en las SSE basadas en cerámica, el equipo del sol compartió un polímero con cerámica LATP para crear un SSE compuesto de polímero, que es un gel líquido poli iónico (PILG), que es un material ideal para su estabilidad y alta conducta.
PILG sirve como un “rango de grano” altamente viable en el SSE, que facilita el transporte de iones en los límites de los ingenieros en lugar de una interfaz natural defectuosa. Sun dijo que el equipo inicialmente trató de usar centros tradicionales de alta temperatura para preparar su nuevo SSE, pero ellos inmediatamente. Se metió en problemas.
“Uno de los desafíos de los SSE compuestos basados en LATP es que la temperatura de la cerámica es demasiado alta para la cerámica, en la medida en que el centenning tradicional quemará cualquier adición como el compuesto de polímero antes de la cerámica”. “Es por eso que tenemos que imponer la sinterización de frío para mantener la temperatura muy baja”.
La tecnología de centrado en frío fue desarrollado originalmente por un proyecto de investigación en 2016, encabezado por Clive Randall, director de Penn State? Instituto de investigación de materiales y? Profesor prominente de Ciencias e Ingeniería de Materiales. Su aplicación se produjo en 2018 para fabricar baterías de estado sólido, cuando un profesor de ingeniería química y decano asociado interino de ingeniería, equidad para la ingeniería y un académico postcorporado para unirse, electrolitos compuestos de cerámica centrados en frío.
Según el Sol, los centros tradicionales requieren alrededor del 80 % del punto de fusión del material, que puede alcanzar fácilmente de 900 a 1,000 grados Celsius para compuestos cerámicos como LATP.
Sun dijo: “Pudimos mantener nuestra temperatura de cita muy baja para esta solicitud, unos 150 150 grados centígrados”, dijo Sun. “Esto nos permite integrar una variedad de materiales en una forma densa utilizando los centros de frío, independientemente de sus temperaturas de procesamiento, independientemente de su procesamiento”.
Después de rodear la cerámica LATP con la cárcel de Pilg, el equipo del Sun desarrolló un SSS integral con alta conductividad iónica a temperatura ambiente, además de otras potencias.
“Además de una mejor conductividad, nuestro polímero en el SSE compuesto de cerámica mostró una ventana de voltaje muy ancha entre 0 y 5.5 voltios”, dijo Sun que los electrolitos líquidos tradicionales tienen una ventana de 0 a 4 voltios. “La gran ventana de voltaje de nuestra SSS cerámica admite el uso de cátodos de alto voltaje, lo que puede producir más energía en la batería en general”.
Estas aplicaciones de tecnología de centenning de frío pueden algún día ir más allá de mejorar las baterías. Dijo que cree que hay enormes implicaciones para los centros de frío cómo las empresas se refieren a los materiales integrales de cerámica en la fabricación general, así como en industrias más específicas, como la fabricación de semiconductores.
“Nuestro próximo objetivo es desarrollar un sistema de fabricación sostenible que respalde la producción en masa y la reactividad, ya que será la clave para las aplicaciones industriales para esta tecnología”, dijo Sun. “Esta es la gran visión que esperamos que funcione en los próximos años”.
Además del Sol, los Co -Authors incluyen ingeniería industrial y de fabricación, TA View Wang, Sevic Woo Lee, y Joachin Zhang, estudiantes de doctorado de Pan State y ex alumno del Programa de Graduados de Ingeniería Industrial y de Manufactura de Pan State.
