Безопасността на батериите на електромобилите е едно от големите предизвикателства, които все още стоят пред производителите. Темата е много актуална и затова всяка новина за технологичен пробив предизвиква голям интерес. Днес AutoZona.bg информира именно за такъв пробив в производството на твърдотелни литиеви батерии.

Изследователи от университета в Байройт, Германия, с партньори от Китай, направиха значителен пробив в технологията на батериите. Използвайки иновативна добавка на базата на нитрати, те успешно разработиха нова твърдотелна литиево-метална батерия, която е едновременно стабилна и потенциално дълготрайна. Това, подчертава изследователският екип, подчертава важността на молекулярния дизайн при създаването на ефективни добавки за квази-твърди електролити.

Безопасен и стабилен
Професор доктор Франческо Чиучи, председател на дизайна на електроди за електрохимични енергийни системи в университета в Байройт, си сътрудничи с изследователски партньори от Китай за разрешаване на проблеми с несъвместимостта между литиев нитрат и 1,3-диоксолан (DOL) в квазитвърди електролити на батерии чрез интегриране на нова добавка на нитратна основа. Това е значително развитие, тъй като в миналото такива проблеми с несъвместимостта правеха такива батерии много трудни за създаване или мащабиране на производството.

Откритието на екипа сега дава възможност за разработване на твърдотелни литиево-метални батерии, които са много безопасни, издръжливи и лесни за производство, като същевременно запазват методите на производство, използвани за конвенционалните течни батерии.

В своите експерименти те се опитаха да направят различни версии на тези батерии и установиха, че определен тип, литиево-сярната (Li-S) клетка, се представя особено добре. Li-S батериите имат потенциал за много висока енергийна плътност. Това означава, че те могат да съхраняват много енергия за теглото си, което е особено ценно за приложения като авиация или електрически превозни средства, където теглото има значение. Освен високата енергийна плътност, сярата е в изобилие и е евтина, което би могло да направи Li-S батериите по-рентабилни в сравнение с други технологии за батерии, ако се обърне внимание на техническите предизвикателства.

Но досега Li-S клетките страдаха от лош жизнен цикъл и стабилност.

„Естеството на твърдото състояние на батериите гарантира високо ниво на безопасност, докато производството им остава лесно“, обясни проф. Ciucci. „Демонстрирахме универсалността на подхода, като създадохме различни видове литиево-метални батерии. По-специално, произведената торбичка Li-S клетка показва превъзходна производителност в сравнение с документираните преди това торбички Li-S клетки“, добави той.

Професор Ciucci и неговият изследователски екип представиха нова добавка, триетилен гликол динитрат, която е специално проектирана да позволи полимеризацията на DOL. Изследователският екип показа, че едновременно с полимеризацията образуването на богат на азот твърд електролитен междинен слой потиска вредните паразитни реакции и повишава ефективността на батерията.

Въз основа на резултатите от проучването бяха разработени няколко батерийни клетки. Сред тях лабораторни клетки тип бутони могат да бъдат зареждани и разреждани повече от 2000 пъти. Беше произведена също и 1,7 Ah Li-S торбичка с висока енергийна плътност от 304 Wh kg-1 и стабилен цикъл.

Лесен за производство
Това откритие е голяма крачка напред в технологията на батериите. Това показва важността на правилното проектиране на молекулите, за да се правят по-добри батерии. „Това проучване подчертава значението на дизайна на молекулярната структура при създаването на ефективни добавки за квази-твърди електролити. То представлява значителен напредък в практическата осъществимост на използването на поли-DOL-базирани квази-твърди електролити в литиево-метални батерии,“ обясни проф. Чучи.

Можете сами да видите проучването в списание Energy & Environmental Science .

Резюме на изследването:

Полимеризацията in situ на квазитвърдотелни електролити (QSSE) се очертава като обещаващ подход за [разработване] на мащабируеми, безопасни и високопроизводителни квазитвърдотелни литиево-метални батерии. В този контекст поли-DOL-базираните електролити са особено привлекателни поради техния широк електрохимичен прозорец и силна съвместимост с металния литий. За да се подобри стабилността на металния литий, LiNO3 често се добавя, тъй като създава ефективна богата на Li3N твърда електролитна междинна фаза на повърхността на литиево-металния анод. LiNO3 обаче предотвратява полимеризацията с отваряне на пръстена на DOL, което прави двете съединения несъвместими. За да се справи с този проблем, тази работа разработва триетилен гликол динитрат (TEGDN), нова добавка на основата на нитрати, която да замени LiNO3. Подобно на LiNO3, TEGDN образува плътна, богата на азот твърда електролитна интерфаза на повърхността на лития, предпазвайки го от паразитни реакции. Въпреки това, за разлика от LiNO3, TEGDN не пречи на полимеризацията на DOL, позволявайки производството на високоефективен електролит, който осигурява йонна проводимост от 2,87 mS cm−1 и потенциал за стабилност на окисление от 4,28 V при стайна температура. За да се демонстрира жизнеспособността на този подход, е произведена Li|LiFePO4 клетка от монетен тип, която циклизира стабилно повече от 2000 пъти при 1C. Освен това е подготвена 1,7 A h литиево-серна клетка тип торбичка с първоначална специфична енергия от 304 W h kg−1 и запазване на капацитета от 79,9% след 50 цикъла. Накратко, настоящото проучване предлага нова добавка за разрешаване на несъвместимостта на поли-DOL и LiNO3 за първи път, разработвайки in situ полимеризирани квази-твърдотелни батерии, които показват забележителен капацитет и стабилност чрез образуване на N-богата твърда електролитна интерфаза.

Източник:  Energy & Environmental Science