Исследователи из Института биоэнергетики и биотехнологий Циндао (QIBEBT) в Китае разработали инновационную модификацию катода для твердотельных литиевых батарей (ASLB), значительно повысив их плотность энергии и жизненный цикл.
Согласно пресс-релизу организации, исследование прокладывает путь к созданию следующего поколения высокопроизводительных аккумуляторов.
В наших попытках отойти от ископаемого топлива и электрифицировать виды транспорта батареи являются важным компонентом. Хотя батареи существуют уже много столетий, только с литий-ионными батареями мы смогли добиться самой высокой плотности энергии.
В то время, когда солнечные и ветряные электростанции вводятся в эксплуатацию стремительными темпами, а клиенты стремятся перейти на электромобили, технология литиевых аккумуляторов достигает своего максимального потенциала и вскоре может стать узким местом, препятствующим переходу на более экологичные методы.
Недостатки литий-ионных аккумуляторов, такие как чувствительность к экстремальным температурам и риск возгорания, а также относительно короткий жизненный цикл, побудили исследователей искать усовершенствования в технологии аккумуляторов. Твердотельные аккумуляторы готовы заменить литий-ионные аккумуляторы, но сталкиваются с препятствием из-за природы их катода.
Вызов с ASLB
Катоды в ASLB изготавливаются с использованием гетерогенных композитов, содержащих несколько добавок. Эти добавки электрохимически неактивны, но играют важную роль в улучшении проводимости катода.
Однако эти добавки несовместимы со слоистыми оксидными катодами, которые расширяются и сжимаются во время работы. Исследователи из Центра технологий твердотельных энергетических систем (SERGY) в QIBEBT искали способы преодоления этой проблемы и нашли решение в стратегии гомогенизации катода с использованием материала с нулевой деформацией Li1.75Ti2(Ge0.25P0.75S3.8Se0.2)3, называемого (LTG0.25PSSe0.2)
Материал обладает смешанной ионной и электронной проводимостью, что обеспечивает эффективный перенос заряда на этапах заряда и разряда без специальных добавок к катоду.
«Наша стратегия гомогенизации катода бросает вызов традиционной конструкции гетерогенного катода», — сказал Цуй Лунфэй, исследователь из QIBEBT, принимавший участие в исследовании. «Устраняя необходимость в неактивных добавках, мы повышаем плотность энергии и продлеваем срок службы аккумулятора».
Улучшение в ASLB
Чтобы продемонстрировать, что материал улучшает производительность ASLB, исследователи провели обширное тестирование батарей, изготовленных с использованием однородного катода. В своей работе команда обнаружила, что их батареи имели удельную емкость 250 мАч на грамм, что было против 100-200 мАч на грамм, наблюдаемых в стандартных литий-ионных батареях.
На уровне ячейки однородный катод обеспечивал высокую плотность энергии 390 Вт·ч на кг против 200-300 Вт·ч на кг обычных литий-ионных аккумуляторов. Наряду с превосходными емкостями, в пресс-релизе было добавлено, что катод имел изменение объема всего на 1,2 процента за 20 000 циклов работы при комнатной температуре.
«Этот подход меняет правила игры для ASLB», — добавил ЧЖАН Шу, исследователь из SERGY, который также принимал участие в работе. «Сочетание высокой плотности энергии и увеличенного срока службы открывает новые возможности для будущего хранения энергии».
Интересно, что эту технологию можно применять и к другим типам аккумуляторов, которые сталкиваются с проблемами, связанными с гетерогенными катодами, например, к литий-ионным аккумуляторам, литий-серным аккумуляторам, натрий-ионным аккумуляторам и топливным элементам.
«Потенциал коммерциализации высокоэнергетических ASLB теперь более достижим», — отметил в своем заявлении профессор и руководитель SERGY Цуй Гуанлей. «Наша универсальная стратегия проектирования многофункциональных однородных катодов может преодолеть барьеры энергии, мощности и срока службы в области хранения энергии, прокладывая путь для реальных приложений».
Оставайтесь в курсе новостей из мира техники, технологий, космоса и науки с The Blueprint.
Нажимая кнопку «Зарегистрироваться», вы подтверждаете, что принимаете Условия использования и Политику конфиденциальности этого сайта.
О РЕДАКТОРЕ
Амейя Палеха Амейя — научный писатель из Хайдарабада, Индия. Молекулярный биолог в душе, он променял микропипетку, чтобы писать о науке во время пандемии, и не хочет возвращаться к этому. Ему нравится писать о генетике, микробах, технологиях и государственной политике.
