Ingrid Fadelli , Phys.org

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriLiCl–Li ₂ TiF ₆ -da gücləndirilmiş Li ⁺ keçiriciliyinin arxasındakı mexanizm . a–d, Kristal strukturlar (a), Li ⁺ daşıma kanalının ölçüsü (b) əsasında topoloji analiz , AIMD simulyasiyalarının Arrhenius planları (c) və Li ₂ TiF ₆ , Li _2.125 TiF 6 , Li 2.125 TiF _{6 , Li 2} TiF _5.87125 və _{Li.87125l -də 1050} K (d) ehtimal sıxlığı AIMD simulyasiyaları (c). _5,875 Cl _0,125 . a-da qırmızı kəsikli dairələr Li-nin tutduğu əlavə təhrif olunmuş tetraedral sahələri göstərir, burada CN4 4 koordinasiya sayını bildirir. b-dəki ağ dairələr, qutular və bığlar orta dəyərləri, 25%-dən 75%-ə qədər olan dəyərləri və müvafiq olaraq 10%-dən 90%-ə qədər olan dəyərləri göstərir. IQR, kvartallararası diapazon. Kredit: Təbiət Enerjisi (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01865-y

Tam bərk vəziyyətdə olan batareyalar (ASSB) adi maye elektrolitlərin bərk materiallarla əvəz olunduğu perspektivli təkrar doldurulan batareyalardır. Bu batareyalar yüksək enerji sıxlığı nümayiş etdirə bildiyi üçün elektronika sənayesinin artan tələblərini təhlükəsiz şəkildə qarşılamağa kömək edə bilər, lakin nəzəri cəhətdən yanan maye elektrolitlərə əsaslanan məhlullardan daha təhlükəsiz və daha dayanıqlı olmalıdır.

Əksər batareyaların enerji sıxlığı , yəni onların çəkisi və həcminə görə saxlaya bildikləri enerjinin, etibar etdikləri elektrolitlərin gərginliyi də daxil olmaqla müxtəlif amillərdən asılı olduğu bilinir.

Maye elektrolitlər təxminən 4,5 V-a qədər işləyə bilsələr də, onların sabitliyi bu həddən artıq sürətlə azalır. Əksinə, bərk elektrolitlər daha yüksək gərginliklərdə sabit qala bilər və beləliklə, batareyalara daha çox enerji saxlamağa imkan verir.

Yonsei Universiteti, Dongguk Universiteti, KAIST və digər institutların tədqiqatçıları 5 V-dan yuxarı görünməmiş gərginliklərdə sabit qaldığı təsbit edilən yeni ftor əsaslı bərk elektrolit hazırlamış və sintez etmişlər.

Nature Energy -də dərc olunan məqalədə təqdim edilən yeni elektrolit litium xlorid (LiCl) ilə litium titan flüorid Li ₂ TiF _6- nı birləşdirir .

“Bu layihə sadə, lakin fundamental bir sualla başladı: niyə batareyanın kimyasını 5 V-dan yuxarı qaldırmayaq?” Bu barədə Tech Xplore-a qəzetin baş müəllifi Yoon Seok Jung bildirib.

“Əməliyyat gərginliyinin artırılması enerji sıxlığını artırmaq üçün ən sadə yollardan biridir, lakin biz başa düşdük ki, hətta ASSB-lərdəki bərk elektrolitlər belə yüksək gərginliklərdə kifayət qədər dayanıqlı deyillər. Xüsusilə, LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ kimi 5 V şpinel katodları zəif performans göstərdi.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=1100001614&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1762512443&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-11-electrolyte-solid-state-batteries-stability.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&aicrs=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQxLjAuNzM5MC4xMjMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MS4wLjczOTAuMTIzIl0sWyJOb3Q_QV9CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTQxLjAuNzM5MC4xMjMiXV0sMF0.&abgtt=6&dt=1762512443548&bpp=1&bdt=1184&idt=13&shv=r20251105&mjsv=m202511030101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1762431002%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1762431002%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3D878d521b85743f4c%3AT%3D1751526237%3ART%3D1762431002%3AS%3DAA-AfjZCLruwaFzoQORvGPwXS3Y2&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=2214119131660&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2168&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31095561%2C31095608%2C95344789%2C95376120%2C95376891&oid=2&pvsid=8581950377723423&tmod=1557814545&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=69

Flüor əsaslı bərk elektrolitlərin potensialının tədqiqi

Son tədqiqatlar, xüsusilə 4 V gərginliklərdə işləyən nikel, kobalt və manqan (yəni NCM) əsaslı katod materialları ilə birləşdirildikdə, batareyaların dövriyyə sabitliyini artırmaq üçün xlorid əsaslı bərk elektrolitlərin vədini vurğuladı.

Buna baxmayaraq, bu elektrolitlər çox yüksək gərginliklərdə (təxminən 5 V) işləyən spinel kristal quruluşlu Li-ion batareyaları üçün katodlar sinfi olan spinel sistemləri ilə etibarlı şəkildə birləşdirilə bilmədi.

Bu, son nəticədə Jung və onun həmkarlarını flüor əsaslı bərk elektrolitlərin performansını sınamağa ruhlandırdı. Flüor əsaslı materiallar uzun müddət oksidləşməyə davamlı olduqları üçün tanınsa da, onların bərk elektrolitlər kimi potensialları nadir hallarda araşdırılır.

“Biz onların həqiqətən bu maneəni aşa bilib-bilmədiyini yoxlamaq istədik və nəticələr gözləntilərimizi üstələdi” deyə Jung izah etdi. “ASSB-lər yanan üzvi maye elektrolitləri qeyri-üzvi bərk elektrolitlərlə əvəz edir, Li ^+-nın mayelər əvəzinə bərk fazalardan keçməsinə imkan verir.

“Bu arxitektura nəinki təhlükəsizliyi yaxşılaşdırır, həm də Li-metal anodlar kimi alternativ elektrodların istifadəsinə icazə verməklə daha yüksək enerji sıxlığına imkan verir, başqa cür istifadə etmək çətindir. Bununla belə, spinel materialları kimi yüksək gərginlikli katodlar çox vaxt adi bərk elektrolitlərin parçalanmasını tetikler.”

Bərk elektrolitləri spinel katod materialları ilə birləşdirərkən adətən rast gəlinən çətinlikləri aradan qaldırmaq üçün tədqiqatçılar flüor əsaslı qoruyucu təbəqəyə malik olan yeni elektrolit hazırladılar. LiCl–4Li ₂ TiF ₆ materialına əsaslanan bu təbəqəni LiNi _0,5 Mn _1,5 O ₄ tərkibli şpinel katodun səthinə tətbiq etdilər .

“Sintezi zamanı bu material kortəbii olaraq sürətli Li ⁺ yollarını yaradan zərif atomik yenidən qurulmalara – qismən Cl əvəzlənməsi və Ti-nin səthinin azalmasına malik Li ilə zəngin bir interfeys meydana gətirir” dedi.

“Bu kombinasiya yüksək ion keçiriciliyini qoruyarkən təbəqənin 5,5 V-dan yuxarı gərginliklərdə sabit qalmasına imkan verir. Əslində o, interfeysi qoruyur və hətta ekstremal iş şəraitində belə hamar ion nəqlini təmin edir.”Müvafiq müəlliflərin şəkilləri. (Sol) Ön tərəf: Prof. Yoon Seok Jung (5 V tam bərk vəziyyətdə olan çanta hüceyrəsini tutur); Arxada: Juhyoun Park, Sağ arxada: Jun Pyo Son (Sağda) Üstdən: Prof. Kyung-Wan Nam, Prof. Dong-Hwa Seo, Hae-Yong Kim və Jae-Seung Kim. Kredit: Jun Pyo Son et al

Qeyri-adi sabitlik verən elektrolit

Yeni dizayn edilmiş elektrolitlərinin potensialını yoxlamaq üçün tədqiqatçılar onun litium ionlarını keçirmə və yüksək gərginliklərdə işləmə qabiliyyətini sınaqdan keçirdilər. Spinel katodları ilə birləşdirildikdə, onların elektrolitləri 5 V-dan yuxarı yüksək gərginliklərdə təhlükəsiz və etibarlı şəkildə işlədilir, digər elektrolitlərdən istifadə etməzdən əvvəl heç vaxt əldə edilməmişdir.

“Biz ilk dəfə eksperimental olaraq nümayiş etdirdik ki, 5 V kimya ¾ spinel katodları da daxil olmaqla ¾ flüor əsaslı bərk elektrolit ilə birləşdirildikdə ASSB-lərdə uğurla işləyə bilər” dedi Jung.

“Bu sıçrayış uzun müddət davam edən 5 V sabitlik maneəsini dəf edir. Sadəcə interfeysi qorumaqdan başqa, o, yüksək gərginlikli ASSB-lərin layihələndirilməsinə tamamilə yeni bir yanaşma açır – təkcə spinel katodları üçün deyil, həm də Ni ilə zəngin və Li ilə zəngin laylı oksid materialları üçün.”

Komandanın ilkin sınaqlarında flüor əsaslı yeni elektrolitini spinel sistemi ilə istifadə edən akkumulyator adi bərk elektrolitlərdən istifadə edən hüceyrələrdən əhəmiyyətli dərəcədə yüksək tutum əldə edib və yüksək gərginliklərdə möhkəm interfasial sabitlik nümayiş etdirib. Bundan əlavə, yüksək gərginliklərdə 500 şarj və boşalma dövründən sonra batareyanın tutumunun 75,2%-ni saxladığı müəyyən edilib.

“Biz yüksək ərazi tutumlarına nail olduq (35 mAh sm ^-2- dən çox ) və çanta-hüceyrə əməliyyatını nümayiş etdirdik, hər ikisi praktiki kommersiyalaşma yolunda əsas addımları təmsil edir” dedi Jung.

“NCM-sulfid sistemləri ilə bağlı son təhlükəsizlik narahatlıqlarını nəzərə alaraq, nəticələrimiz göstərir ki, şpinel-flüor birləşməsi gələcək elektrik nəqliyyat vasitələri və geniş miqyaslı enerji saxlama tətbiqləri üçün daha təhlükəsiz, lakin enerji sıx alternativ təklif edə bilər.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=1310882802&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1762512443&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-11-electrolyte-solid-state-batteries-stability.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&aicrs=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQxLjAuNzM5MC4xMjMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MS4wLjczOTAuMTIzIl0sWyJOb3Q_QV9CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTQxLjAuNzM5MC4xMjMiXV0sMF0.&abgtt=6&dt=1762512443548&bpp=1&bdt=1185&idt=14&shv=r20251105&mjsv=m202511030101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1762431002%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1762431002%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3D878d521b85743f4c%3AT%3D1751526237%3ART%3D1762431002%3AS%3DAA-AfjZCLruwaFzoQORvGPwXS3Y2&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=2214119131660&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=5105&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31095561%2C31095608%2C95344789%2C95376120%2C95376891&oid=2&pvsid=8581950377723423&tmod=1557814545&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=70

Bərk-dövlət batareyalarının inkişafı istiqamətində növbəti addımlar

Bu tədqiqat qrupunun son səyləri tezliklə digər enerji mühəndislərini ftor əsaslı bərk elektrolitlərin performansını qiymətləndirməyə ruhlandıra bilər. Gələcəkdə onların elektrolitləri yüksək enerjili ASSB-lərin, xüsusən də elektrik nəqliyyat vasitələrinin və böyük elektronikanın gücləndirilməsi üçün real dünyada tətbiqinə kömək edə bilər.

“İrəli gedərək, daha yüksək kütlə yüklənməsinə nail olmaqla, bərk cisimli batareyaların enerji sıxlığını daha da artırmağa diqqət yetiririk ” dedi Jung. “Spinel sistemi ASSBs sahəsində nisbətən yeni olaraq qalır, araşdırmaq və mühəndislik etmək üçün çox şey qoyur.”

Növbəti tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Jung və həmkarları spinel sistemlərinə alternativ kimi xidmət edə biləcək aşağı qiymətli və yüksək gərginlikli katodlar hazırlamağı da planlaşdırırlar. Bunlardan biri katod LiFe _0.5 Mn _1.5 O _4- dür ki , onlar bu yaxınlarda ilk dəfə bərk vəziyyətdə olan akkumulyatorda sınaqdan keçirmişlər.

“Bu material yer üzündə bol elementlərdən ibarətdir, lakin hələ də yüksək enerji sıxlığı verir və onu praktik baxımdan çox cəlbedici edir” dedi Jung.

“Paralel olaraq, biz həmçinin daha yüksək ion keçiriciliyi ilə ftor əsaslı yeni bərk elektrolitləri araşdırmaq istəyirik. Bu səylər vasitəsilə biz yeni nəsil, təhlükəsiz və yüksək enerjili ASSB-lərin tətbiqinə töhfə verməyə ümid edirik.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış , Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Eqan tərəfindən yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu hesabat sizin üçün əhəmiyyət kəsb edirsə, lütfən, ianə (xüsusilə aylıq) nəzərdən keçirin. Siz təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Daha çox məlumat: Jun Pyo Son et al, Beş volt-sinif yüksək tutumlu bütün bərk dövlət litium batareyaları, Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01865-y .

Jurnal məlumatı: Təbiət Enerjisi 

© 2025 Science X Network