Ερευνητές στο Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ουλσάν (UNIST) ανέπτυξαν μια μέθοδο για την παράταση της λειτουργικής διάρκειας ζωής των μπαταριών στερεάς κατάστασης τροποποιώντας φυσικά το στρώμα ηλεκτρολύτη.
Αύξηση της απόδοσης
Εφαρμόζοντας μονοαξονική τάνυση σε έναν φθοριωμένο πολυμερή ηλεκτρολύτη, η ομάδα πέτυχε διατήρηση χωρητικότητας περίπου 78% μετά από 200 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Αυτή η απόδοση σηματοδοτεί μια σαφή βελτίωση σε σχέση με το ποσοστό διατήρησης 55% που παρατηρήθηκε σε μπαταρίες που χρησιμοποιούν μη τεντωμένους ηλεκτρολύτες υπό πανομοιότυπες συνθήκες.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Energy Storage Materials, ποσοτικοποιεί την επίδραση αυτής της τεχνικής στη μεταφορά ιόντων.
«Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ρυθμός διάχυσης ιόντων λιθίου στον τεντωμένο πολυμερή ηλεκτρολύτη αυξήθηκε κατά 4,8 φορές σε σύγκριση με τα μη τεντωμένα δείγματα, με την ιοντική αγωγιμότητα να βελτιώνεται κατά 72%», δήλωσαν οι ερευνητές.
Ενισχυμένα χαρακτηριστικά ασφαλείας
Οι δοκιμές ασφαλείας συνόδευσαν τις αξιολογήσεις απόδοσης. Η ερευνητική ομάδα επιβεβαίωσε ότι ο νέος ηλεκτρολύτης διαθέτει σημαντικές ιδιότητες επιβράδυνσης φλόγας. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών καύσης, οι φλόγες που εφαρμόστηκαν στο υλικό έσβησαν εντός τεσσάρων δευτερολέπτων από την ανάφλεξη.
Αυτό το χαρακτηριστικό είναι σημαντικό για τη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων, όπου η ευφλεκτότητα των τρεχόντων οργανικών υγρών ηλεκτρολυτών παραμένει πρωταρχικό μέλημα ασφάλειας.
Εστίαση στη δομική διάταξη
Η τεχνική προσέγγιση επικεντρώνεται στη δομική διάταξη του υλικού ηλεκτρολύτη. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια μεμβράνη φθοριωμένου πολυμερούς, PVDF-TrFE-CFE.
Στην κανονική της κατάσταση, οι αλυσίδες πολυμερούς σε αυτό το υλικό είναι περίπλοκες και μπλεγμένες, εμποδίζοντας την αποτελεσματική κίνηση ιόντων λιθίου μεταξύ της καθόδου και της ανόδου. Οι ερευνητές εφάρμοσαν μια μηχανική διαδικασία τάνυσης για να ευθυγραμμίσουν αυτές τις αλυσίδες πολυμερούς σε μία μόνο κατεύθυνση.
«Αυτή η φυσική τάνυση ξεδιπλώνει την περίπλοκη δομή του πολυμερούς, ανοίγοντας συνεχείς οδούς για την κίνηση ιόντων λιθίου», εξήγησαν οι ερευνητές.
«Επιπλέον, η ενσωμάτωση κεραμικής σκόνης (LLZTO) στην πολυμερική μήτρα ενισχύει τη μηχανική ευκαμψία, την επιβράδυνση φλόγας και την αγωγιμότητα ιόντων».
Η προσθήκη αυτού του κεραμικού συστατικού αποσκοπεί στην ενίσχυση της μηχανικής ευκαμψίας της μεμβράνης, βελτιώνοντας παράλληλα τις ιδιότητες επιβράδυνσης φλόγας και την ιοντική αγωγιμότητα.
Επικύρωση για εμπορευματοποίηση
Για να επικυρώσει την πρακτική εφαρμογή αυτού του υλικού, η ομάδα ενσωμάτωσε τον τεντωμένο ηλεκτρολύτη σε μπαταρίες λιθίου-μετάλλου εξοπλισμένες με καθόδους φωσφορικού λιθίου-σιδήρου (LFP).
«Όταν ενσωματώθηκε σε μπαταρίες λιθίου-μετάλλου με καθόδους φωσφορικού λιθίου-σιδήρου (LFP), ο τεντωμένος ηλεκτρολύτης συνέβαλε σε μια αξιοσημείωτη αύξηση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας», σχολίασε η ομάδα.
«Αυτή η έρευνα καταδεικνύει ότι τα εγγενή προβλήματα των πολυμερικών ηλεκτρολυτών - όπως η παρεμπόδιση της μεταφοράς ιόντων λιθίου - μπορούν να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά μέσω μιας απλής φυσικής διαδικασίας όπως η τάνυση», εξήγησε ο Jonggeon Na, ερευνητής στη Σχολή Ενέργειας και Χημικής Μηχανικής στο UNIST και πρώτος συγγραφέας της μελέτης.
Η μελέτη υποδηλώνει ότι αυτή η τεχνική επεξεργασίας θα μπορούσε να προσαρμοστεί για μαζική παραγωγή. Σε αντίθεση με τους ανόργανους στερεούς ηλεκτρολύτες, οι οποίοι μπορεί να είναι εύθραυστοι και δύσκολο να κατασκευαστούν σε μεγάλες μορφές, οι παραλλαγές πολυμερών προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία.
www.worldenergynews.gr
