Плотность новой литиевой батареи обещает огромный запас хода для электромобилей

Чтобы электросамолеты действительно взлетели, а электромобили могли преодолевать гораздо большие расстояния между подзарядками, нам понадобятся батареи, которые будут содержать гораздо больше энергии и при этом не станут непомерно тяжелыми.

Группа специалистов из Германии продемонстрировала новую литий-металлическую батарею с плотностью, значительно превышающей стандартные 500 Втч/кг, и способностью сохранять свои характеристики в течение сотен циклов.

Уникальная эффективность литий-металлической батареи

Сегодняшние литий-ионные батареи прекрасно справляются со своей задачей, обеспечивая работу современного мира - от электромобилей до смартфонов и ноутбуков, но ученые видят большой потенциал, который может быть раскрыт путем внесения изменений в их архитектуру. Одна из наиболее перспективных возможностей заключается в замене графита, используемого в одном из электродов батареи, на чистый металлический литий - материал, который может удерживать в 10 раз больше энергии.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

По этой причине некоторые исследователи батарей называют металлический литий "материалом мечты", и он вполне может помочь нам преодолеть ключевое узкое место в хранении энергии, однако до сих пор технология сталкивалась с проблемами стабильности. Во многом это связано с негативными реакциями между раствором электролита, в котором находятся ионы лития, и двумя электродами батареи - катодом и анодом.

Среди многих исследовательских групп, работающих над решением этой проблемы, есть группа из Технологического института Карлсруэ и Ульмского института имени Гельмгольца (HIU), которые разработали конструкцию, позволяющую в значительной степени избежать этой проблемы. Исследователи начали с того, что описали как бедный кобальтом и богатый никелем слоистый катод (NCM88) и коммерчески доступный органический электролит под названием LP30. Хотя катод достигал высокой плотности энергии, вскоре наступила нестабильность, и емкость батареи уменьшалась по мере циклического использования.

"В электролите LP30 частицы трескаются на катоде", - объясняет профессор Стефано Пассерини, директор HIU. "Внутри этих трещин электролит вступает в реакцию и повреждает структуру. Кроме того, на аноде образуется толстый мохообразный литийсодержащий слой".

Поэтому команда заменила электролит LP30 на альтернативный, который позволил добиться значительного улучшения характеристик. Описанный как энергонезависимый, плохо воспламеняющийся, двуханионный ионный жидкий электролит (ИЖЭ), этот ингредиент оказался в значительной степени предотвращающим структурные дефекты на катоде и спас батарею от фатальных электрохимических реакций.

"С помощью ИЖЭ можно значительно уменьшить структурные изменения на катоде с высоким содержанием никеля", - говорит доктор Гук-Тае Ким.

И результаты справедливо названы " выдающимися". Литий-металлическая батарея с такой архитектурой имела плотность энергии 560 Вт-ч/кг. Для сравнения: существуют исследовательские консорциумы, которые стремятся преодолеть порог плотности в 500 Вт-ч/кг, чтобы обеспечить энергией электромобили следующего поколения, в то время как сегодняшние лучшие в своем классе литий-ионные батареи имеют плотность энергии от 250 до 300 Вт-ч/кг.

Ранее в этом году мы сообщали о рекордной литий-металлической батарее с плотностью энергии 350 Вт-ч/кг, которая сохранила 76 % своей емкости в течение 600 циклов. С точки зрения долговечности, новая конструкция литий-металлической батареи также показала замечательные результаты, начав с начальной емкости 214 мАч/г в материале катода и сохранив 88 % этой емкости на протяжении 1 000 циклов.

Еще одна область, в которой новая литий-металлическая батарея оказалась очень эффективной, - это ее кулоновская эффективность, которая связана с тем, насколько эффективно ионы лития переносятся между анодом и катодом. Зарядить 100 ионов лития и получить 100 обратно после разрядки - это кулоновская эффективность в 100 %, а по словам И Куи, профессора материаловедения и инженерии и фотонной науки в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, коммерческие батареи должны иметь эффективность не менее 99,9 %, чтобы быть жизнеспособными. Создатели новой литий-металлической батареи сообщают, что средняя кулоновская эффективность составляет 99,94 %.

Предстоит еще много работы, чтобы перенести эти многообещающие результаты на лабораторных элементах в реальный мир, но стабильная батарея с такой высокой плотностью энергии может изменить игру, когда дело дойдет до электрического транспорта. Электрические самолеты, например, сильно ограничены плотностью энергии современных батарей, и поэтому могут преодолевать только относительно небольшие расстояния. Ограниченный радиус действия электромобилей может быть в некоторой степени решен путем расширения зарядной инфраструктуры, но такое высокое соотношение энергии к весу, как в этой батарее, может позволить им преодолевать огромные расстояния и сделать многое, чтобы уменьшить так называемое беспокойство потенциальных покупателей по поводу дальности хода. опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Подписывайтесь на наш youtube канал!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet