Zdieľaj článok na Sieť

Lítium-iónové batérie sa stávajú hybnou silou našej novej elektrifikovanej budúcnosti - najmä v automobilovom priemysle - a nový vodivý polymérny povlak - nazývaný HOS-PFM - by mohol umožniť dlhšiu životnosť a väčší výkon lítium-iónových batérií pre elektrické vozidlá.

V súčasnosti je ťažké kýchnuť bez toho, aby sme nenarazili na lítium-iónové batérie. Tieto batérie sa používajú vo všetkom, od prenosných spotrebných miniaplikácií až po zdravotnícke zariadenia, elektrické vozidlá a množstvo ďalších vecí, sú úplne všadeprítomné. A čísla to potvrdzujú. V roku 2020, dokonca aj počas globálnej pandémie, bol celosvetový trh s lítium-iónovými batériami ocenený na 40,5 miliardy amerických dolárov - v skutočnosti, keď sa všetci ukrývali na mieste a hrali sa so svojimi prenosnými zariadeniami, to mohlo v skutočnosti urýchliť lítium-iónové batérie...

Odhaduje sa, že trh s lítium-iónovými batériami bude rásť s GACR 14,6 % a do roku 2026 dosiahne takmer 92 miliárd amerických dolárov. Potreba teda nepochybne existuje... a o to významnejší je tento vývoj z Národného laboratória Lawrencea Berkeleyho.

Výskumníci z Berkeley Lab preukázali, že povlak HOS-PFM výrazne zabraňuje degradácii elektród na báze hliníka počas cyklovania batérie a zároveň poskytuje vysokú kapacitu batérie počas 300 cyklov. Naľavo: Snímky skenovacieho elektrónového mikroskopu hliníka na medenom dvojvrstvovom zariadení pred cyklickým zaťažením batérie (obrázok A) a po ňom (obrázok B). Na obrázku C je medené trojvrstvové zariadenie s povlakom HOS-PFM po cyklickom zaťažení batérie.

Tamojší vedci vyvinuli povlak HOS-PFM, ktorý "vedie súčasne elektróny aj ióny", čím zabezpečuje "stabilitu batérie a vysokú rýchlosť nabíjania/vybíjania a zároveň zvyšuje životnosť batérie". Použitím povlaku ako lepidla na batérie by sa mohla predĺžiť životnosť lítium-iónovej batérie z priemerných 10 rokov na približne 15 rokov. Za normálnych okolností používanie kremíka a hliníka ako elektródových materiálov spôsobuje ich opotrebovanie po viacerých cykloch nabíjania/vybíjania. Podľa výskumníkov však "povlak HOS-PFM výrazne zabraňuje degradácii elektród na báze kremíka a hliníka počas cyklovania batérie a zároveň poskytuje vysokú kapacitu batérie počas 300 cyklov".

Tím plánuje spolupracovať so spoločnosťami na rozšírení svojich zistení pre masovú výrobu. Povlak HOS-PFM by mohol umožniť použitie elektród obsahujúcich až 80 % kremíka. Takýto vysoký obsah kremíka by mohol zvýšiť energetickú hustotu lítium-iónových batérií najmenej o 30 %, uviedol Liu. A keďže kremík je lacnejší ako grafit, ktorý je dnes štandardným materiálom pre elektródy, lacnejšie batérie by mohli výrazne zvýšiť dostupnosť základných elektrických vozidiel, dodal. Tím ďalej plánuje spolupracovať so spoločnosťami na rozšírení HOS-PFM na masovú výrobu. Výskum bol podporený Úradom pre technológie vozidiel DOE. Ďalšie finančné prostriedky poskytol Výskumný inštitút Toyota. Technológia je k dispozícii na licencovanie.

Zdroj :

• Berkeley Lab
• Zhu, T., Sternlicht, H., Ha, Y. et al. (2023) “Formation of hierarchically ordered structures in conductive polymers to enhance the performances of lithium-ion batteries.” Nat Energy 8, 129–137 doi: 10.1038/s41560-022-01176-6