Έχει 80% χωρητικότητα, καλύτερη ενεργειακή πυκνότητα και πολύ χαμηλότερο βάρος
Οι μπαταρίες μετάλλου λιθίου θα μπορούσαν να προσφέρουν πολύ καλύτερη ενεργειακή πυκνότητα και πολύ χαμηλότερο βάρος από την τεχνολογία ιόντων λιθίου χάρη στην αντικατάσταση του βαρύτερου γραφίτη με μέταλλο λιθίου ως άνοδο.
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στο σχεδιασμό αυτών των μπαταριών είναι ο σχηματισμός δενδριτών στην επιφάνεια της ανόδου, με αποτέλεσμα η μπαταρία να υποβαθμίζεται γρήγορα, να βραχυκυκλώνει και να πιάνει φωτιά.
Χαρακτηριστικά της νέας μπαταρίας
Ερευνητές στο Harvard δημιούργησαν μια νέα μπαταρία λιθίου που αντέχει σε τουλάχιστον 6.000 κύκλους φόρτισης και μπορεί να επαναφορτιστεί μέσα σε λίγα λεπτά.
Η έρευνά τους περιγράφει ένα νέο τρόπο κατασκευής μπαταριών στερεάς κατάστασης με άνοδο μετάλλου λιθίου.
Επίσης προσφέρει νέα κατανόηση της αντίδρασης διεπαφής μεταξύ λιθίου και υλικών στην άνοδο σε αυτούς τους τύπους μπαταριών.
«Οι μπαταρίες ανόδου λιθίου θεωρούνται το ιερό δισκοπότηρο των μπαταριών επειδή έχουν 10 φορές μεγαλύτερη χωρητικότητα από τις εμπορικές ανόδους γραφίτη και θα μπορούσαν να αυξήσουν δραστικά την απόσταση οδήγησης των ηλεκτρικών οχημάτων.
Η έρευνά μας είναι ένα σημαντικό βήμα προς πιο πρακτικές μπαταρίες στερεάς κατάστασης για βιομηχανικές και εμπορικές εφαρμογές», δήλωσε ο Xin Li (Αναπληρωτής Καθηγητής Επιστήμης Υλικών στο SEAS).
Μπαταρία ενάντια… στους δενδρίτες
Το 2021, ο Li και η ομάδα του πρόσφεραν έναν τρόπο για να αντιμετωπίσουν τους δενδρίτες, σχεδιάζοντας μια μπαταρία πολλαπλών στρώσεων που περιείχε διαφορετικά υλικά διαφορετικής σταθερότητας μεταξύ της ανόδου και της καθόδου.
Αυτός ο πολυστρωματικός σχεδιασμός πολλαπλών υλικών εμπόδισε τη διείσδυση των δενδριτών λιθίου όχι με το να τους σταματήσει εντελώς, αλλά μάλλον με τον έλεγχο και τον περιορισμό τους.
Στη νέα έρευνα, ο Li και η ομάδα του σταματούν τον σχηματισμό δενδριτών χρησιμοποιώντας σωματίδια πυριτίου μεγέθους μικρού στην άνοδο για να συστέλλουν την αντίδραση λιθίωσης και να διευκολύνουν την ομοιογενή επίστρωση ενός παχύ στρώματος μετάλλου λιθίου.
Σε αυτό το σχέδιο, όταν τα ιόντα λιθίου μετακινούνται από την κάθοδο στην άνοδο κατά τη διάρκεια της φόρτισης, η αντίδραση λιθίωσης συστέλλεται στη ρηχή επιφάνεια και τα ιόντα προσκολλώνται στην επιφάνεια του σωματιδίου πυριτίου αλλά δεν διεισδύουν περαιτέρω.
«Στο σχέδιό μας, το μέταλλο λιθίου τυλίγεται γύρω από το σωματίδιο του πυριτίου, όπως ένα σκληρό κέλυφος σοκολάτας γύρω από έναν πυρήνα φουντουκιού σε μια τρούφα σοκολάτας», είπε ο Li.
Αυτά τα επικαλυμμένα σωματίδια δημιουργούν μια ομοιογενή επιφάνεια στην οποία η πυκνότητα του ρεύματος κατανέμεται ομοιόμορφα, εμποδίζοντας την ανάπτυξη δενδριτών.
Επειδή η επιμετάλλωση και η απογύμνωση μπορούν να γίνουν γρήγορα σε επίπεδη επιφάνεια, η μπαταρία μπορεί να επαναφορτιστεί σε μόλις 10 λεπτά περίπου.
Μπαταρία πολύ μικρού μεγέθους με 80% χωρητικότητα
Οι ερευνητές κατασκεύασαν μια έκδοση της μπαταρίας σε μέγεθος ταχυδρομικής σφραγίδας η οποία είναι 10 έως 20 φορές μεγαλύτερη από την κυψέλη νομισμάτων που κατασκευάζεται στα περισσότερα πανεπιστημιακά εργαστήρια.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η μπαταρία διατήρησε το 80% της χωρητικότητάς της μετά από 6.000 κύκλους, ξεπερνώντας τις άλλες μπαταρίες θήκης στην αγορά σήμερα.
Η τεχνολογία έχει αδειοδοτηθεί μέσω του Γραφείου Ανάπτυξης Τεχνολογίας του Χάρβαρντ στην Adden Energy (μια spinoff εταιρεία του Χάρβαρντ που συνιδρύθηκε από τον Λι και 3 απόφοιτους του Χάρβαρντ).
Η εταιρεία έχει κλιμακώσει την τεχνολογία για να κατασκευάσει μια μπαταρία σε μέγεθος έξυπνου τηλεφώνου.
Ο Li και η ομάδα του χαρακτήρισαν επίσης τις ιδιότητες που επιτρέπουν στο πυρίτιο να συστέλλει τη διάχυση του λιθίου για να διευκολύνει τη δυναμική διαδικασία ευνοώντας την ομοιογενή επιμετάλλωση παχύρρευστου λιθίου.
Στη συνέχεια αποκάλυψαν δεκάδες άλλα υλικά που θα μπορούσαν ενδεχομένως να αποδώσουν παρόμοια απόδοση.
«Προηγούμενη έρευνα είχε βρει ότι άλλα υλικά, συμπεριλαμβανομένου του ασημιού, θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως καλά υλικά στην άνοδο για μπαταρίες στερεάς κατάστασης.
Η έρευνά μας εξηγεί έναν πιθανό υποκείμενο μηχανισμό της διαδικασίας και παρέχει ένα μονοπάτι για τον εντοπισμό νέων υλικών για το σχεδιασμό της μπαταρίας», είπε ο Λι.
www.worldenergynews.gr
