A lítium-ion akkumulátorok energiasűrűségi rekordot döntöttek

A kutatóknak sikerült újratölthető tasak típusú lítium akkumulátorokat készíteniük, amelyek energiasűrűsége rekordnagy, több mint 700 Wh/kg. Az új kialakítás egy nagy kapacitású, lítiumban gazdag mangán alapú katódból és egy vékony, nagy fajlagos energiájú lítium fémanódból áll. Ha továbbfejlesztik, az eszközt olyan alkalmazásokban is felhasználhatják, mint például az elektromos repülés, amelyhez sokkal nagyobb energiasűrűségű akkumulátorok szükségesek, mint a manapság elérhetők.

A lítium-ion akkumulátorok kulcsfontosságú technológia a klímasemlegességi célok elérésében. Egyre gyakrabban használják elektromos járművek meghajtására, valamint a megújuló forrásokból előállított energia tárolására szolgáló háztartási eszközök fő alkotóelemeiként. A technológia is nagyot fejlődött: amióta a Sony 1991-ben először forgalomba hozta, a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége 80 Wh/kg-ról körülbelül 300 Wh/kg-ra nőtt.

A valóban szén-dioxid-mentes gazdaság eléréséhez azonban jobb teljesítményű akkumulátorokra lesz szükség, mint amennyit a jelenlegi lítium-ion technológia képes biztosítani. Az elektromos járműveknél például kulcsfontosságú szempont, hogy az akkumulátorok a lehető legkisebbek és legkönnyebbek legyenek. E cél eléréséhez 400 Wh/kg-nál nagyobb energiasűrűségre van szükség. A probléma az, hogy a mai lítium-ion akkumulátorok főleg interkalációs típusú katódokat tartalmaznak (pl. LiFePO₄, LiCoO₂ vagy LiNi_xMn_yCo_zO₂, x+y+z=1) és grafit alapú anódok, és ezen elektródák energiasűrűsége a felső határához közelít.

Magas töltő-kisütési feszültség

Az új munkában az általa vezetett kutatók Xiqian Yu és a Hong Li a Pekingi Kínai Tudományos Akadémia Fizikai Intézetének munkatársai praktikus, tasak típusú újratölthető lítium akkumulátorokat gyártottak ultravastag, nagy kisütési kapacitású Li felhasználásával._1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂ katód, amelynek területi kapacitása meghaladja a 10 mAh/cm-t² és egy lítium fém anód. A lítiumban gazdag mangánalapú oxidok nagy töltési-kisütési feszültsége nagyobb lítium-ion tárolókapacitást tesz lehetővé.

"Az anódelektróda ultravékony fém-lítiumot alkalmaz, amelyet szeparátor bevonat technikával építenek be, ami megoldja a nagy felületi kapacitású ultravékony lítium visszafordítható lerakódásának bosszantó problémáját" - magyarázza Quan Li, az első szerző.

A készülékek gravimetrikus energiasűrűsége 711.3 Wh/kg, térfogati energiasűrűsége pedig 1653.65 Wh/l, mindkettő a legmagasabb az interkalációs típusú katódon alapuló újratölthető lítium akkumulátorokban, mondja Li. Fizika Világa.

„Az akkumulátorgyártást illetően az extremity akkumulátor szerkezetünket (beleértve az ultravékony áramgyűjtők használatát) úgy alakítottuk ki, hogy minimalizáljuk a segédanyagok felhasználását, miközben növeljük az aktív anyagok arányát a teljes akkumulátorban” – teszi hozzá. "Ez a szinergikus megközelítés tette lehetővé az akkumulátorok rendkívül nagy energiasűrűségét."

A nagy hatótávolságú elektromos járművek és az elektromos repülés előnyös lehet

Az új eszközök hasznosak lehetnek a nagy hatótávolságú elektromos járművek és az elektromos repülés számára, amelyek egyre nagyobb követelményeket támasztanak az akkumulátorok energiasűrűségével szemben. A kutatás segíthet az akkumulátortechnológiával kapcsolatos egyes problémák megoldásában is, mondja Li.

„Például betekintést nyújt abba, hogyan lehet egyensúlyba hozni a biztonságot és más fontos tényezőket a nagy energiasűrűségű akkumulátoroknál, ami a jövőben segíti a nagy energiasűrűségű akkumulátorok gyakorlati megvalósítását. Az elméleti határokat megközelítő energiasűrűségű akkumulátorokkal kapcsolatos kutatások szintén hozzájárulnak a szilárdtestionikák és a szilárdtest-elektrokémia ismereteink fejlesztéséhez, ami talán lehetővé teszi az új anyagok és akkumulátorrendszerek technológiai innovációját.”

A lítium-ion akkumulátorok hidegben töltődnek

A kutatók, akik beszámolnak munkájukról Kínai fizika levelekmagyarázza el, hogy mindig létezik kompromisszum a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége, ciklusteljesítménye, sebessége és biztonsága között. A biztonság elsődleges követelmény, de a megnövekedett energiasűrűség növeli a kockázatokat az akkumulátor működése során, mondják. „Az energiasűrűséget fokozatosan javítani kell, miközben garantálni kell a biztonságot” – mondja Li. „Célunk az akkumulátor biztonsági teljesítményének fokozása a szilárdtest akkumulátor-technológián keresztül, így praktikusabbá téve a nagy energiasűrűségű akkumulátorokat.”

Hozzáteszi, hogy a nagy energiasűrűségű akkumulátorok ciklusteljesítménye még mindig elmarad a jelenleg kereskedelmi forgalomba hozott akkumulátorokétól. „Ezt a paramétert átfogóan kell mérlegelni, hogy megfeleljen az egyes területek követelményeinek. Ezért az ultranagy energiasűrűségű akkumulátorok gyakorlati alkalmazása jelentős időbe telik. A gyakorlati alkalmazásukat akadályozó kihívások kezelése lesz a jövőbeli kutatási törekvéseink folyamatos iránya.”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/lithium-ion-batteries-break-energy-density-record/