Технология аккумуляторных батарей обещает расширить спектр электромобилей

 Натан Тейлор (Nathan Taylor), аспирант по машиностроению, осматривает кусок литиевого металла

Керамический, твердотельный электролит помогает преодолеть ограничения литиевых батарей. Новая технология перезаряжаемых батарей может удвоить выход текущих ионно-литиевых элементов, что будет способствовать расширению диапазона электрических транспортных средств и времени между расходами на мобильный телефон.

 

Используя керамический твердотельный электролит, инженеры из Мичиганского университета использовали мощь металлических литиевых батарей без исторических проблем, связанных с низкой долговечностью и коротким замыканием. Их прорыв может привести к более продолжительной работе литиево-ионных батарей.

«Это может быть игровой чейнджер - изменение парадигмы в работе батареи», - сказал Джефф Сакамото, адъюнкт-профессор U-M по машиностроению, который возглавлял эту работу.

Первые перезаряжаемые литиевые металлические батареи содержали горючие жидкие электролиты. Кроме того, атомы лития, которые перемещались между электродами, имели тенденцию к созданию дендритов на поверхностях электродов, в конечном итоге замыкание батареи и зажигание электролита.

После этого литий-ионные батареи заменяли литие металлическими графитовыми анодами, которые поглощают литий и препятствуют образованию дендритов. Это повышает безопасность за счет плотности энергии.

Согласно U-M, графитовые аноды в литиево-ионных батареях содержат один ион лития на каждые шесть атомов углерода, что дает удельную емкость около 350 мАч / г. Металл лития в твердотельной батарее имеет удельную емкость 3,800 мАч / г.

Чтобы решить проблему сжигания лития, инженеры UM создали керамический слой, который стабилизирует поверхность, предотвращая образование дендритов, что позволяет батареям использовать плотность энергии и высокую удельную проводимость литиевого металла без присущей опасности пожара или деградации времени.

Демонстрация машины, которая использует тепло для уплотнения керамики, известной как LLZO, при 1225 ° C

«То, что мы придумали, - это другой подход - физическая стабилизация металлической поверхности лития керамикой», - сказал Сакамото. «Это не горючее. Мы делаем его на высоте более 1800 футов в воздухе. И нет жидкости, которая, как правило, подпитывает батареи, которые вы видите. Вы избавляетесь от этого топлива, вы избавляетесь от сгорания ».

В более ранних тестах на твердотельные электролиты литиевый металл рос через керамический электролит при низкой скорости зарядки, вызывая короткое замыкание. Исследователи из U-M, как говорят, преодолели это с помощью химических и механических обработок, которые обеспечивают идеальную поверхность для лития, эффективно подавляя образование дендритов или нитей. Сакамото сказал, что это не только улучшает безопасность, но и позволяет значительно повысить скорость зарядки.

«До сих пор тарифы, на которые вы могли нанести литиевый литий, означали бы, что вам придется заряжать литиевый металлический аккумулятор за 20-50 часов [для полной мощности]», - сказал Сакамото. «С этим прорывом мы продемонстрировали, что можем заряжать батарею за три часа или меньше.

«Мы говорим о 10-процентном увеличении скорости зарядки по сравнению с предыдущими отчетами для твердотельных металлических литиевых батарей. Сейчас мы находимся на одном уровне с литиево-ионными ячейками с точки зрения тарифов, но с дополнительными преимуществами.»

Неоднократный обмен ионов между катодом и анодом вызывает видимую деградацию.

В испытаниях на керамическом электролите не наблюдалось заметного ухудшения после длительного циклирования.

«Мы проводили те же испытания в течение 22 дней», - сказал Натан Тейлор, докторант U-M по машиностроению. «Батарея была такой же в начале, как и в конце. Мы не видели никакой деградации. Нам неизвестно, какой другой объемный твердотельный электролит выполняет эти требования так долго ».

Выводы группы публикуются в «Journal of Power Sources».


Печать   E-mail