Нова батерийна технология удължава пробега на електрическите автомобили

ЕлектроенергетикаИновацииСп. Енерджи ревю - брой 5, 2020 • 01.09.2020

Нова батерийна технология удължава пробега на електрическите автомобили

В търсенето на батерия, която с едно-единствено зареждане да захранва електрически превозни средства в продължение на стотици километри, учените се опитват да заменят понастоящем използваните графитни аноди с такива от метален литий. Въпреки че това увеличава пробега с 30-50%, по този начин се скъсява полезният живот на батерията. Това се дължи на т. нар. литиеви дендрити, миниатюрни дефекти с дървовидна структура, които се образуват на анода в резултат на множеството цикли на зареждане и разреждане. Дендритите водят и до окъсяване на клетките в батерията, ако се стигне до контакт с катода.

В продължение на десетилетия изследователите допускат, че образуването на дендрити може да се предотврати чрез използването на твърди електролити, например керамични. Проблемът с този подход обаче е, че образуването на дендрити не се спира още в началната фаза и в крайна сметка те се разпространяват като малки пукнатини по предното стъкло на автомобил.

Учени от Националната лаборатория на Министерството на енергетиката на САЩ (Berkeley Lab), в сътрудничество с Университет “Карнеги Мелън”, докладват за нов клас меки електролити в твърдо състояние, изработени от полимери и керамика, които потискат образуването на дендрити в началния им етап на развитие, преди да се разпространили и да са увредили батерията.

Системите за съхранение на енергия като батериите с метален литий, включващи твърд електрод и твърд електролит, могат да осигурят висока енергийна плътност и отлични нива на безопасност, но пред масовото приложение на технологията има няколко препятствия, свързани с различните материали и процеси на обработка.

“Технологията ни за потискане на образуването на дендрити има вълнуващи последствия за производителите на батерии. Благодарение на нея могат да се произвеждат по-безопасни батерии с метален литий, отличаващи се както с висока енергийна плътност, така и с дълъг експлоатационен цикъл”, обяснява Брет Хелмс, изследовател в Berkeley Lab. Хелмс допълва, че батериите, използващи новия електролит, могат да намерят приложение и в захранването на електрически въздухоплавателни средства с вертикално излитане и кацане (eVTOL).

От ключово значение при проектирането на тези нови меки електролити в твърдо състояние е използването на полимери с микропорьозна структура (polymers of intrinsic microporosity, PIMs), чиито пори се запълват с керамични частици с наноразмери. Тъй като електролитът се запазва като гъвкав, мек материал в твърдо състояние, производителите на акумулаторни батерии ще могат да изработват рула от литиево фолио с електролита под формата на лист между анода и сепаратора.

Тези заготовки на литиеви електроди са атрактивна алтернатива на конвенционалния графитен анод, която позволява на компаниите да използват съществуващите производствени линии.

За да демонстрира свойството на новия електролит за потискане на дендритите, екипът от учени използва рентгенови лъчи за създаването на 3D изображения на граничната повърхност между металния литий и електролита, както и за визуализацията на процеса на полагане и отстраняване на литиево покритие за период до 16 часа при ток с голяма величина. Изследователите забелязват, че в отсъствието на новоразработения електролит се появяват признаци на ранните етапи на развитие на дендрити. Получените данни потвърждават прогнозите от нов физичен модел за електролитно отлагане на метален литий, отчитащ както химичните, така и механичните характеристики на твърдите електролити.

ЕКСКЛУЗИВНО


Top