Ερευνητές της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών δήλωσαν ότι ανέπτυξαν μια μπαταρία λιθίου-μετάλλου στερεάς κατάστασης που πέτυχε ενεργειακή πυκνότητα 451,5 Wh/kg ενώ λειτουργούσε υπό συνθήκες εξαιρετικά γρήγορης φόρτισης που ισοδυναμούν με κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης περίπου τριών λεπτών.
Η μπαταρία
Η ομάδα ανέφερε ότι η μπαταρία διατήρησε σταθερό κύκλο για 700 κύκλους με διατήρηση χωρητικότητας 81,9% όταν συνδυάστηκε με μια κάθοδο υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο 4,7V υπό ρυθμό φόρτισης 20C.
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στη βελτίωση πολυμερών ηλεκτρολυτών με βάση το φθοριούχο πολυβινυλιδένιο ή PVDF, ένα υλικό που έχει μελετηθεί ευρέως για μπαταρίες στερεάς κατάστασης λόγω της σταθερότητας οξείδωσης και της ιοντικής αγωγιμότητάς του.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι συμβατικοί πλαστικοποιητές που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρολύτες PVDF συχνά υποφέρουν από κακή ηλεκτροχημική σταθερότητα, οδηγώντας σε παράπλευρες αντιδράσεις που μειώνουν τη συμβατότητα με ανόδους λιθίου-μετάλλου και καθόδους υψηλής τάσης.
Στερέωση ασταθών ηλεκτρολυτών
Για να λύσει το πρόβλημα, η ομάδα ανέπτυξε αυτό που περιέγραψε ως στρατηγική «πλαστικοποίησης με διαλύτη συμβατότητας». Η προσέγγιση χρησιμοποιεί έναν προσωρινό πτητικό διαλύτη κατά την παρασκευή του ηλεκτρολύτη για να βελτιώσει τη συμβατότητα μεταξύ του πολυμερούς και των σταθερών πλαστικοποιητών. Καθώς ο διαλύτης εξατμίζεται κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της μεμβράνης, ο πλαστικοποιητής παραμένει παγιδευμένος μέσα στο δίκτυο του πολυμερούς.
Οι ερευνητές ανέφεραν ότι η μέθοδος επέτρεψε τον σχηματισμό ενός διεπιφανειακού στρώματος πλούσιου σε φθοριούχο λίθιο, ενώ παράλληλα καταστέλλει τις ανεπιθύμητες παράπλευρες αντιδράσεις και στα δύο ηλεκτρόδια.
Η περίληψη της μελέτης ανέφερε επίσης μια μέση απόδοση Coulomb για την επιμετάλλωση και την απογύμνωση λιθίου 99,1% σε 1.400 κύκλους.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν σουλφολάνη ως τον αντιπροσωπευτικό πλαστικοποιητή στο σύστημα ηλεκτρολυτών. Σύμφωνα με τη μελέτη, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ του πολυμερούς και της σουλφολάνης κατέστειλαν τη μετανάστευση του πλαστικοποιητή και σταθεροποίησαν τη δομή του ηλεκτρολύτη κατά τη λειτουργία της μπαταρίας.
Η ομάδα επέδειξε επίσης ένα κελί θύλακα σε επίπεδο αμπεροώρας χρησιμοποιώντας μια λεπτή άνοδο λιθίου-μετάλλου με αναλογία N/P 1,1. Το κελί θήκης πέτυχε ενεργειακή πυκνότητα 451,5 Wh/kg, περισσότερο από το διπλάσιο της ενεργειακής πυκνότητας που συνήθως συνδέεται με πολλά εμπορικά κελιά μπαταριών λιθίου-σιδήρου φωσφορικού άλατος για ηλεκτρικά οχήματα.
Συνεχίζοντας την εμπορευματοποίηση
Το κελί θήκης πέρασε επίσης μια δοκιμή διείσδυσης καρφιών, την οποία οι ερευνητές περιέγραψαν ως απόδειξη ισχυρής απόδοσης εγγενούς ασφάλειας.
Τα τελευταία ευρήματα έρχονται καθώς οι κατασκευαστές μπαταριών και τα ερευνητικά ιδρύματα πιέζουν για την εμπορευματοποίηση συστημάτων μπαταριών στερεάς κατάστασης ικανών να παρέχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, ταχύτερη φόρτιση και βελτιωμένη ασφάλεια σε σύγκριση με τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Αρκετοί Κινέζοι κατασκευαστές μπαταριών στοχεύουν σε εμπορικά συστήματα μπαταριών στερεάς κατάστασης στην περιοχή 400 Wh/kg έως 500 Wh/kg μεταξύ 2026 και 2027, ενώ συνεχίζουν τις εργασίες τους σε τεχνολογίες λιθίου-μετάλλου και ημι-στερεάς κατάστασης.
Παρά την επιτάχυνση των επενδύσεων σε συστήματα μπαταριών επόμενης γενιάς, η χημεία φωσφορικού λιθίου-σιδήρου συνεχίζει να κυριαρχεί στην αγορά μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων της Κίνας λόγω του χαμηλότερου κόστους και της ωριμότητας κατασκευής μεγάλης κλίμακας.
Οι ερευνητές δήλωσαν ότι η εργασία θα μπορούσε να επεκτείνει τον χώρο σχεδιασμού για πολυμερείς ηλεκτρολύτες με βάση το PVDF και να προσφέρει μια πιθανή πορεία προς πρακτικές μπαταρίες λιθίου-μετάλλου με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και δυνατότητα γρήγορης φόρτισης.
www.worldenergynews.gr
