Батерия тип „сандвич“ може да зарежда електромобили само за 10 минути

Учени от Университета в Харвард представиха обещаващ нов дизайн за експериментална батерия, който – според тях – може да доведе дотам електрически автомобил да се зарежда само за 10 минути. Твърди се също, че алтернативната архитектура предлага много по-дълъг живот спрямо съпоставимите по параметри батерии. За целта моделът използва високоефективен литиев метал и твърд електролит, за да остане стабилен в продължение на много хиляди цикли.

Учените се надяват да подобрят работата на днешните литиево-йонни батерии, като заменят графита и медта, използвани за анода, с литиев метал. Анодът работи с течен електролит и с другия електрод на батерията (катод), за да предава йони напред и назад, докато устройството се зарежда и разрежда. Отличният капацитет и плътност на литиевия метал го прави привлекателен материал за тези цели.

„Литиево-металната батерия се счита за светия граал за химията на батериите поради високите капацитет и енергийна плътност“, казва Син Ли, доцент по материалознание в Харвардското училище за инженерни и приложни науки Джон А. Полсън. „Но стабилността на тези батерии винаги е била лоша.“ Причините за тази лоша стабилност са малки игловидни издатини, наречени дендрити, които се образуват на повърхността на литиево-металния анод. Те проникват в течния електролит и нарушават работата на батерията, често причинявайки късо съединение или пожар.

Използването на твърд електролит вместо течен е един от начините, по които учените се надяват да избегнат проблема. Налице са различни разработки на университети и институти от цял свят. Сега учените от Харвард предлагат дизайн, подобен на сандвич.

Екипът се стреми да защити твърдата литиево-метална батерия от пробождане от дендрити, като я изгражда от различни слоеве, всеки с различна степен на стабилност. Пластовете се намират между двата електрода – подобно на пълнежа на сандвич, който има две филийки хляб – и включват графитно покритие (на мястото на марулята в сандвича), първи електролитен слой (домата в сандвича), втори електролитен слой (бекона) и накрая още един слой от първия електролит (още един домат).

Има малки вариации в химията на двата електролита. Затова първият е склонен към развиване на дендрити, но по-стабилен с литий, а вторият е по-малко стабилен с литий, но „имунизиран“ срещу дендрити. Иначе казано батерията не предотвратява образуването на дендрити, но е в състояние безопасно да ги контролира и сдържа, като изпъкналостите се блокират от „беконния“ слой на сандвича.

„Нашата стратегия за включване на нестабилност с цел стабилизиране на батерията звучи нелогично, но … може да контролира растежа на дендритите“, казва Лухан Йе – автор на доклада и аспирант в SEAS.

Освен това батерията е в състояние да се самолекува чрез запълване на празнините, създадени от дендритите. При тестването екипът е установил, че батерията запазва 82 процента от капацитета си след 10 000 цикъла. Тя демонстрира енергийна плътност, която един ден може да позволи на електрическите превозни средства да се зареждат в рамките на 10 до 20 минути.

„Този дизайн … показва, че литиево-металните полупроводникови батерии могат да бъдат конкурентни на литиево-йонните батерии в търговската мрежа“, казва Ли. „А гъвкавостта на нашия многослоен дизайн го прави потенциално съвместим с процедурите за масово производство в индустрията на батериите. Мащабирането му до търговската батерия няма да е лесно и все още има някои практически предизвикателства, но ние вярваме, че те ще бъдат преодолени“.

1 коментар

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*