Новая твердотельная батарея может хранить в 10 раз больше ионов лития

В течение многих лет ученые были очарованы революционной плотностью энергии, которую обещает кремний для батарей следующего поколения, но его использование сопряжено со своими проблемами.

864

Два очень многообещающих направления развития аккумуляторных технологий нового поколения включают использование твердотельных электролитов, а не жидких, и добавление кремния в анодный компонент для повышения плотности энергии. Недавно разработанная архитектура помещает эти две инновации в одно устройство, чтобы сформировать твердотельную батарею, которая является безопасной, долговечной и может хранить огромное количество энергии.

В течение многих лет ученые были очарованы революционной плотностью энергии, которую обещает кремний для батарей следующего поколения, но его использование сопряжено со своими проблемами.

Идея состоит в том, чтобы включить или полностью заменить графит, используемый в качестве анода, кремнием, чтобы потенциально хранить в 10 раз больше ионов лития. Проблема в том, что кремний приводит к быстрому разложению жидкого электролита и быстрому выходу аккумулятора из строя, но авторы нового исследования считают, что решение может заключаться в использовании вместо него твердотельного электролита.

Как и кремниевые аноды, твердотельные электролиты — это еще одна область исследований аккумуляторов, которая может открыть некоторые захватывающие возможности. Обычный жидкий электролит, который переносит ионы лития между анодом и другим электродом батареи, катодом, очень летуч, что ограничивает совместимость с другими перспективными материалами с высокими характеристиками, такими как металлический литий. Твердотельные электролиты являются многообещающим решением этой проблемы.

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего подозревали, что твердотельный электролит может дать некоторые преимущества кремниевым анодам. Попытки включить кремний в аноды литиевых батарей были затруднены из-за колебаний размера частиц кремния, которые расширяются и сжимаются по мере зарядки и разрядки устройства.

Это в сочетании с нестабильным взаимодействием между кремниевым анодом и жидким электролитом приводит к серьезным потерям емкости при циклическом переключении батареи.

Новый подход включал некоторые изменения в способе сборки кремниевого анода, при этом ученые исключили углерод и связующие, которые обычно используются, и выбрали более дешевую форму микрокремния, которая подвергается меньшему количеству обработки. Затем для переноса заряда был введен твердый электролит на основе сульфида, и полученная в результате батарея оказалась чрезвычайно стабильной, благодаря предотвращению разрушающих взаимодействий на аноде.

Новый кремниевый твердотельный аккумулятор описывается как безопасный, долговечный и энергоемкий. Было показано, что лабораторный полноразмерный аккумулятор способен выдерживать 500 циклов зарядки и разрядки, сохраняя при этом 80 процентов своей емкости, что демонстрирует стабилизирующие эффекты новой конструкции.

“Твердотельный кремниевый подход преодолевает многие ограничения в обычных батареях», — говорит Даррен Х. С. Тан, первый автор работы и генеральный директор стартапа UNGRID Battery, который лицензировал эту технологию. «Это открывает для нас захватывающие возможности для удовлетворения потребностей рынка в более высокой объемной энергии, снижении затрат и более безопасных батареях, особенно для сетевого хранения энергии».

Исследование было опубликовано в журнале Science, а видео ниже представляет собой обзор открытия.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии