Безанодные батареи Двойной запас хода на электролите с использованием новой технологии электролита

Пхоханский университет науки и технологий (POSTECH), Пхохан, Корея

Схематическое изображение и карманная ячейка с обратимым электролитом, разработанным хозяином, с его циклическими характеристиками. (Изображение:исследователи)

Совместная исследовательская группа под руководством профессора Суджин Пака и доктора Дон Ёб Хана с кафедры химии POSTECH вместе с профессором Нам-Суном Чой и доктором Сэхун Кимом из KAIST, а также профессором Тэ Кён Ли и исследователем Джунсу Соном из Национального университета Кёнсан успешно достигла объемной плотности энергии 1270 Втч/л в безанодной литий-металлической батарее. Это значение почти в два раза выше, чем у литий-ионных батарей, используемых в настоящее время в электромобилях, которые обычно выдают около 650 Втч/л. Достижение было опубликовано в Advanced Materials.

Безанодная литий-металлическая батарея полностью исключает использование обычного анода. Вместо этого ионы лития, хранящиеся в катоде, перемещаются во время зарядки и осаждаются непосредственно на медном токосъемнике. Удалив ненужные компоненты, можно выделить больше внутреннего пространства для хранения энергии, подобно тому, как в бак того же размера помещается больше топлива. Однако эта конструкция сопряжена с серьезными проблемами. Если литий откладывается неравномерно, могут образоваться острые игольчатые структуры, известные как дендриты, что увеличивает риск коротких замыканий и потенциальных угроз безопасности. Повторная зарядка и разрядка также может повредить поверхность лития, что быстро сокращает срок службы батареи.

Чтобы решить эти проблемы, исследовательская группа приняла двойную стратегию, сочетающую обратимый хозяин (RH) и разработанный электролит (DEL). Обратимый хозяин состоит из полимерного каркаса, в который встроены равномерно распределенные наночастицы серебра (Ag), направляющие литий откладываться в определенных местах, а не в случайном порядке. Проще говоря, он действует как выделенная парковка для лития, обеспечивая упорядоченное и равномерное осаждение.

Разработанный электролит дополнительно повышает стабильность за счет формирования тонкого, но прочного защитного слоя, состоящего из Li₂O и Li₃N, на поверхности лития. Этот слой действует как повязка на коже, предотвращая вредный рост дендритов, сохраняя при этом открытые пути для транспорта ионов лития.

В сочетании система RH-DEL продемонстрировала выдающуюся производительность. При большой емкости (4,6 мАч см -2) ) и плотность тока (2,3 мА см -2 ), батарея сохранила 81,9 процента своей первоначальной емкости после 100 циклов и достигла среднего кулоновского КПД 99,6 процента. Эти результаты позволили команде достичь рекордной объемной плотности энергии 1270 Втч/л в безанодных литий-металлических батареях.

Важно отметить, что эти характеристики были подтверждены не только на небольших лабораторных элементах, но и на аккумуляторах пакетного типа, которые ближе к реальным применениям в электромобилях. Даже при минимальном количестве электролита (E/C =2,5 г Ач -1 ) и при низком давлении в дымовой трубе (20 кПа) батареи работали стабильно. Это демонстрирует большой потенциал для снижения веса и объема аккумуляторов при одновременном снижении производственных затрат и значительном повышении коммерческой рентабельности.

Профессор Суджин Пак прокомментировал:«Эта работа представляет собой значительный прорыв, одновременно решая проблемы эффективности и срока службы безанодных литий-металлических батарей». Профессор Тэ Гён Ли добавил:«Наше исследование показывает, что конструкция электролита на основе коммерчески доступных растворителей может обеспечить как высокую подвижность ионов лития, так и межфазную стабильность».

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Нам-Сун Чой по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.