Завдяки сріблу ємність акумулятора досягає 467 Вт·год/кг: ось наслідки для електромобіля
Отримання акумулятора, який зберігатиме більше енергії без збільшення його ваги, є одним із основних завдань розробників. Проте мало користі досягати вражаючих показників, якщо ємність швидко знижується під час зарядки. Команда з Університету науки та технологій Гонконгу запропонувала рішення, яке вирішує обидві проблеми за допомогою добавки на основі срібла.
Дослідження під керівництвом професора Шао Мінхуа дозволило досягти щільності енергії 467 Вт·год/кг у акумуляторному елементі кишеневого формату. Окремо акумуляторний елемент типу «кнопка» зберіг 90% своєї ємності після 200 циклів зарядки-розрядки.
Як срібло допомагає акумуляторам без анода
Ця ідея ґрунтується на архітектурі під назвою «без початкового анода». Замість того, щоб з самого початку використовувати активний матеріал у негативному електроді, тут застосовується мідний колектор струму, на який під час заряджання наноситься літій. Відмова від цього початкового матеріалу дозволяє зменшити вагу та спростити процес виробництва.
Проблема виникає, коли літій починає осідати. Поверхня міді не сприяє її рівномірному розподілу, тож можуть утворюватися дендрити — структури, схожі на голки, які погіршують роботу елемента та можуть спричинити внутрішні короткі замикання. Також вирішальною є стабільність захисного шару, який утворюється на поверхні електрода та відомий як SEI.
Щоб покращити цю характеристику, дослідники додали до електроліту багатофункціональний добавку під назвою AMI, яка містить іони срібла. Її функція полягає не лише у додаванні компонента до суміші: вона запускає низку процесів після складання елемента для модифікації міді, регулювання осадження літію та посилення захисту електрода.
Срібло сприяє більш рівномірному осадженню літію. Водночас цей домішковий елемент допомагає утворити захисний шар, у якому внутрішня частина містить багато органічних компонентів, а зовнішня — багато неорганічних. Мета полягає у забезпеченні руху іонів та підтримці стабільного бар’єру під час послідовних заряджань та розряджань.
До цього додається реакція полімеризації в електроліті, яка створює напівтвердий гель. Він допомагає підтримувати контакт між електродом та електролітом, що є однією з найскладніших частин у цих акумуляторах. Тож ми маємо справу не з акумулятором повністю на твердому електроліті, а з напівтвердою конфігурацією, яка прагне покращити стабільність його інтерфейсів.
Що демонструють випробування та що залишається нерозв’язаним
Оригінальне дослідження, опубліковане в Nature Communications, містить важливу уточнення: 90% збереження енергії було досягнуто за допомогою клітинки з катодом LFP, протестованої при швидкості 0,1 C — повільному режимі, який не дозволяє робити висновки щодо швидкого заряджання. Акумулятор у форматі пакета, з ємністю близько 2 А·год та катодом NCM811, досяг 467 Вт·год/кг, розрахованого за загальною вагою клітинки. Це різні формати та хімічні склади.
Для електромобіля більша кількість енергії на кілограм може означати більшу автономність при схожій вазі або легшу батарею зі збереженою ємністю. Але цей показник стосується лише однієї клітини: повний пакет має включати конструкцію, з’єднання, систему охолодження та системи керування, вага яких також має значення.
Цікавість цієї роботи полягає у спробі вирішити кілька проблем за допомогою одного процесу. Тепер потрібно перевірити, чи зберігається ця перевага при збільшенні розмірів клітин та вимог до їх використання, а також скільки коштуватиме їх впровадження у виробництво. Срібло дало цікавий результат у лабораторії; наступним кроком буде перевірка його ефективності поза лабораторними умовами.
Джерело | Nature