Группа корейских исследователей представила первые в истории универсальные принципы проектирования твердотельных аккумуляторов, что ознаменовало собой смену парадигмы в этой области.
Они также разработали набор инструментов для проектирования твердотельных аккумуляторов, используя эти принципы проектирования.
Этот прорыв устраняет критический пробел в исследованиях по проектированию аккумуляторов, в которых ранее отсутствовали стандартизированные контрольные показатели.
«Презентация первых универсальных принципов проектирования твердотельных аккумуляторов с разработкой и распространением инструментария для проектирования принесет большую пользу области проектирования твердотельных аккумуляторов», — заявили исследователи.
Это может потенциально ускорить разработку и внедрение твердотельных аккумуляторов, которые широко рассматриваются как будущее хранения энергии. Кроме того, твердотельные аккумуляторы с их более высокой плотностью энергии по сравнению с литий-ионными аккумуляторами обещают увеличить запас хода электромобиля, предлагая при этом повышенную безопасность и более быструю зарядку.
Рост популярности твердотельных аккумуляторов
Глобальное стремление к электрификации усилило спрос на передовые технологии аккумуляторов. И твердотельные аккумуляторы, которые представляют собой более безопасный и энергоемкий вариант по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами, стали центром притяжения.
Использование в них негорючих твердых электролитов снижает риск возгорания. Более того, эффективная конструкция ячеек и систем позволяет существенно увеличить плотность энергии.
Несмотря на то, что фундаментальные исследования твердотельных аккумуляторов продвинулись вперед, переход от экспериментальных результатов к реальному применению столкнулся с препятствиями из-за отсутствия устоявшихся научных принципов проектирования.
Исследователи в значительной степени полагались на опыт при комбинировании материалов и контроле параметров конструкции. Это, в свою очередь, иногда может приводить к неэффективности.
Преодоление проблем дизайна
Корейская исследовательская группа установила количественные параметры проектирования для батарей. Они включают порог баланса, порог перколяции и порог загрузки.
Эти параметры легли в основу первых универсальных принципов проектирования твердотельных аккумуляторов.
Интересно, что 0,5 А·ч пакетный элемент, созданный на этих принципах, достиг впечатляющей плотности энергии 310 Вт·ч/кг и получил сертификацию третьей стороны. Примечательно, что он превысил плотность энергии коммерческих литиевых батарей (около 250 Вт·ч/кг).
«Мы надеемся, что многие исследователи смогут использовать эти принципы для эффективного проектирования твердотельных аккумуляторов, добиться значительного улучшения производительности и преодолеть существующие технологические барьеры», добавлен исследователи.
Количественные параметры проектирования
Плотность энергии твердотельных аккумуляторов зависит от плотности активных материалов в катоде. «Порог баланса» определяет идеальное соотношение твердого электролита, заполняющего пространства между частицами активного материала в катоде.
Исследовательская группа использовала концепцию «кубической закрытой упаковки» для определения этого стандартного соотношения, которое определяет баланс между плотностью энергии и плотностью мощности.
«Порог перколяции» устанавливает минимальное условие для проводимости ионов лития в композитном катоде. Он обеспечивает контакт между композитными частицами активных материалов и твердыми электролитами.
Между тем, «порог нагрузки» определяет идеальные условия для минимизации падения напряжения внутри катода. Он помогает в проектировании оптимальной толщины электрода.
Исследователи также создали «SolidXCell» — набор инструментов для проектирования твердотельных аккумуляторов, доступный для общественности.
Платформа, характеризующаяся многомасштабными и многопараметрическими возможностями, способствует интуитивному и системному подходу к проектированию, тем самым повышая доступность технологии твердотельных аккумуляторов для более широкой аудитории.
Будущие последствия
Внедрение этих принципов проектирования, а также соответствующего инструментария проектирования, является заметным достижением в разработке твердотельных аккумуляторов.
Исследователи ожидают, что эти инструменты облегчат процедуры проектирования и повысят производительность.
Принципы проектирования и универсальный инструментарий проектирования были созданы доктором Джинсу Кимом из Ульсанского центра исследований и разработок в области передовых энергетических технологий Корейского института энергетических исследований (KIER) совместно с исследовательской группой профессора Сон-Кюна Джуна из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST).
О РЕДАКТОРЕ
Аман Трипати Активный и разносторонний журналист и редактор новостей. Он освещал регулярные и экстренные новости для нескольких ведущих изданий и новостных СМИ, включая The Hindu, Economic Times, Tomorrow Makers и многие другие. Аман обладает экспертными знаниями в области политики, путешествий и технологических новостей, особенно в области искусственного интеллекта, передовых алгоритмов и блокчейна, а также проявляет большой интерес ко всему, что относится к науке и технологиям.
