Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η υψηλή ικανότητα φόρτισης/εκφόρτισης της μπαταρίας, η ισχυρή απόδοση κύκλου και η ελάχιστη αλλαγή της εσωτερικής αντίστασης ήταν τα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά της νέας μπαταρίας
Μια ερευνητική ομάδα από την Ιαπωνία, κατασκεύασε μια μπαταρία λιθίου-ιόντων (LIB) η οποία είναι μη εύφλεκτη, ενώ ξεπερνά παράλληλα τα μειονεκτήματα όλων των προηγούμενων, παραδοσιακών μπαταριών.
Σύμφωνα με το Interesting Enginnering, η καινοτομία, που αναπτύχθηκε από επιστήμονες του Πανεπιστημίου Doshisha και της TDK Corporation, συνδυάζει υγρούς και στερεούς ηλεκτρολύτες για να ενισχύσει την ασφάλεια και την ανθεκτικότητά της.
Η αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας των ενεργών υλικών των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων συνήθως μειώνει την απόδοση κύκλου και την ασφάλεια, αλλά η ιαπωνική καινοτομία προσφέρει μια λύση που φέρνει την ισορροπία.
Σύμφωνα με την ομάδα, ο πρωτοποριακός αυτός σχεδιασμός προσφέρει μια ασφαλέστερη και πιο ανθεκτική λύση σε σχέση με τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης, ενώ διατηρεί και υψηλή ενεργειακή πυκνότητα.
«Η βελτιωμένη ασφάλεια και η απόδοση φόρτισης/εκφόρτισης απέδειξαν ότι είναι εφικτό να προχωρήσει ο τομέας των EV στις πλήρως στερεές μπαταρίες», δήλωσε η ομάδα στην παρουσίαση της μελέτης.
Την Κυριακή (12/1), μια αμερικανική εταιρεία τεχνολογίας μπαταριών, η Microvast, δήλωσε ότι η καινοτομία της σε μπαταρίες πλήρους στερεάς κατάστασης για ηλεκτρικά οχήματα προσφέρει μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα και μεγαλύτερη αυτονομία.
Συνεχής η βελτίωση των LIB
Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων (LIB) συνεχώς εξελίσσονται για να καλύψουν τις αυξανόμενες απαιτήσεις της αγοράς και να υποστηρίξουν βιώσιμες τεχνολογίες.
Η βελτίωση της ασφάλειας, της αξιοπιστίας, της ενεργειακής πυκνότητας, της ανακυκλωσιμότητας και της περιβαλλοντικής συμβατότητας παραμένει κρίσιμη.
Ενώ οι οργανικοί ηλεκτρολύτες επιτρέπουν υψηλές τάσεις στις LIB, απαιτούν αυστηρά μέτρα ασφαλείας.
Οι στερεοί ηλεκτρολύτες προσφέρουν μια ασφαλέστερη εναλλακτική, ενισχύοντας το ενδιαφέρον για τις μπαταρίες πλήρους στερεάς κατάστασης.
Ωστόσο, αυτές αντιμετωπίζουν προκλήσεις στη διατήρηση των στερεών διεπιφανειών λόγω της επέκτασης και συστολής των ηλεκτροδίων κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης.
Η επίλυση αυτού του προβλήματος απαιτεί υλικά «κοινής διεπιφάνειας» που να παρέχουν ελαστικότητα, μη εύφλεκτη συμπεριφορά και υψηλή αγωγιμότητα.
Παρά την αναμφισβήτητη πρόοδο, παραμένουν προκλήσεις, όπως η αργή μεταφορά ιόντων λιθίου και η αποικοδόμηση των διεπιφανειών λόγω αλληλεπιδράσεων υλικών.
Η βελτιστοποίηση των δομών λύσης και των συνδυασμών ηλεκτρολυτών δείχνει ότι υπάρχει δυναμική για μείωση της αντίστασης και βελτίωση της σταθερότητας, ανοίγοντας το δρόμο για τις LIB επόμενης γενιάς.
Η ιαπωνική λύση
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης βελτιώνουν την ασφάλεια, αλλά αντιμετωπίζουν προκλήσεις με τη μεταφορά ιόντων λιθίου και τις διαταραγμένες διεπιφάνειες. Αντιμετωπίζοντας αυτά τα ζητήματα, ερευνητές στην Ιαπωνία ανέπτυξαν μια μη εύφλεκτη σχεδόν στερεά μπαταρία λιθίου-ιόντων, προσφέροντας βελτιωμένη σταθερότητα, ασφάλεια και απόδοση, υπερβαίνοντας τους περιορισμούς των παραδοσιακών σχεδίων.
Ο σχεδιασμός της ομάδας περιλαμβάνει έναν αρνητικό ηλεκτρόδιο από πυρίτιο (Si) και έναν θετικό ηλεκτρόδιο - και τα δυο θεωρούνται υλικά επόμενης γενιάς για τις μπαταρίες λιθίου-ιόντων (LIB). Αυτά τα υλικά περιλαμβάνονται στο νέο σχέδιο της μπαταρίας.
Ένα στερεό φύλλο γυάλινης-κεραμικής λιθίου-ιόντων (LICGCTM) από την OHARA χωρίζει αυτά τα ηλεκτρόδια.
Οι ερευνητές δημιούργησαν σχεδόν κορεσμένα, μη εύφλεκτα διαλύματα ηλεκτρολυτών ειδικά για κάθε ηλεκτρόδιο, προκειμένου να βελτιώσουν τη συμβατότητα και την απόδοση.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι πλήρως στερεές μπαταρίες παρουσίασαν εξαιρετική ηλεκτροχημική απόδοση, θερμική σταθερότητα και ιοντική αγωγιμότητα.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη μέθοδο της επιταχυνόμενης θερμοκρασίας (ARC), πειράματα φόρτισης-εκφόρτισης και ηλεκτροχημική φασματοσκοπία για να αξιολογήσουν τη θερμική σταθερότητα και την ηλεκτροχημική απόδοση της LIB.
Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η υψηλή ικανότητα φόρτισης/εκφόρτισης της μπαταρίας, η ισχυρή απόδοση κύκλου και η ελάχιστη αλλαγή της εσωτερικής αντίστασης ήταν τα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά της.
Επιπλέον, ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες περίπου 150 °C, η δομή Si-LICGC-NCM811 με τα αντίστοιχα διαλύματα ηλεκτρολύτη παρουσίασε βελτιωμένη θερμική σταθερότητα και πολύ μικρή παραγωγή θερμότητας από τη δευτερεύουσα αντίδραση, σύμφωνα με τη δοκιμή ARC.
«Συνολικά, η νέα μπατρία LIB έχει τη δυνατότητα να ενισχύσει την ανάπτυξη αποδοτικών και ασφαλέστερων ηλεκτρικών οχημάτων επόμενης γενιάς και φορητών συσκευών όπως τα drones.
Η ευρεία εφαρμογή της μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει την ευχρηστία για τους χρήστες, αλλά και να προάγει την βιώσιμη οικονομική ανάπτυξη», δήλωσε η ομάδα σε ανακοίνωσή της.
Σύμφωνα με το Interesting Enginnering, η καινοτομία, που αναπτύχθηκε από επιστήμονες του Πανεπιστημίου Doshisha και της TDK Corporation, συνδυάζει υγρούς και στερεούς ηλεκτρολύτες για να ενισχύσει την ασφάλεια και την ανθεκτικότητά της.
Η αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας των ενεργών υλικών των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων συνήθως μειώνει την απόδοση κύκλου και την ασφάλεια, αλλά η ιαπωνική καινοτομία προσφέρει μια λύση που φέρνει την ισορροπία.
Σύμφωνα με την ομάδα, ο πρωτοποριακός αυτός σχεδιασμός προσφέρει μια ασφαλέστερη και πιο ανθεκτική λύση σε σχέση με τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης, ενώ διατηρεί και υψηλή ενεργειακή πυκνότητα.
«Η βελτιωμένη ασφάλεια και η απόδοση φόρτισης/εκφόρτισης απέδειξαν ότι είναι εφικτό να προχωρήσει ο τομέας των EV στις πλήρως στερεές μπαταρίες», δήλωσε η ομάδα στην παρουσίαση της μελέτης.
Την Κυριακή (12/1), μια αμερικανική εταιρεία τεχνολογίας μπαταριών, η Microvast, δήλωσε ότι η καινοτομία της σε μπαταρίες πλήρους στερεάς κατάστασης για ηλεκτρικά οχήματα προσφέρει μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα και μεγαλύτερη αυτονομία.
Συνεχής η βελτίωση των LIB
Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων (LIB) συνεχώς εξελίσσονται για να καλύψουν τις αυξανόμενες απαιτήσεις της αγοράς και να υποστηρίξουν βιώσιμες τεχνολογίες.
Η βελτίωση της ασφάλειας, της αξιοπιστίας, της ενεργειακής πυκνότητας, της ανακυκλωσιμότητας και της περιβαλλοντικής συμβατότητας παραμένει κρίσιμη.
Ενώ οι οργανικοί ηλεκτρολύτες επιτρέπουν υψηλές τάσεις στις LIB, απαιτούν αυστηρά μέτρα ασφαλείας.
Οι στερεοί ηλεκτρολύτες προσφέρουν μια ασφαλέστερη εναλλακτική, ενισχύοντας το ενδιαφέρον για τις μπαταρίες πλήρους στερεάς κατάστασης.
Ωστόσο, αυτές αντιμετωπίζουν προκλήσεις στη διατήρηση των στερεών διεπιφανειών λόγω της επέκτασης και συστολής των ηλεκτροδίων κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης.
Η επίλυση αυτού του προβλήματος απαιτεί υλικά «κοινής διεπιφάνειας» που να παρέχουν ελαστικότητα, μη εύφλεκτη συμπεριφορά και υψηλή αγωγιμότητα.
Παρά την αναμφισβήτητη πρόοδο, παραμένουν προκλήσεις, όπως η αργή μεταφορά ιόντων λιθίου και η αποικοδόμηση των διεπιφανειών λόγω αλληλεπιδράσεων υλικών.
Η βελτιστοποίηση των δομών λύσης και των συνδυασμών ηλεκτρολυτών δείχνει ότι υπάρχει δυναμική για μείωση της αντίστασης και βελτίωση της σταθερότητας, ανοίγοντας το δρόμο για τις LIB επόμενης γενιάς.
Η ιαπωνική λύση
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης βελτιώνουν την ασφάλεια, αλλά αντιμετωπίζουν προκλήσεις με τη μεταφορά ιόντων λιθίου και τις διαταραγμένες διεπιφάνειες. Αντιμετωπίζοντας αυτά τα ζητήματα, ερευνητές στην Ιαπωνία ανέπτυξαν μια μη εύφλεκτη σχεδόν στερεά μπαταρία λιθίου-ιόντων, προσφέροντας βελτιωμένη σταθερότητα, ασφάλεια και απόδοση, υπερβαίνοντας τους περιορισμούς των παραδοσιακών σχεδίων.
Ο σχεδιασμός της ομάδας περιλαμβάνει έναν αρνητικό ηλεκτρόδιο από πυρίτιο (Si) και έναν θετικό ηλεκτρόδιο - και τα δυο θεωρούνται υλικά επόμενης γενιάς για τις μπαταρίες λιθίου-ιόντων (LIB). Αυτά τα υλικά περιλαμβάνονται στο νέο σχέδιο της μπαταρίας.
Ένα στερεό φύλλο γυάλινης-κεραμικής λιθίου-ιόντων (LICGCTM) από την OHARA χωρίζει αυτά τα ηλεκτρόδια.
Οι ερευνητές δημιούργησαν σχεδόν κορεσμένα, μη εύφλεκτα διαλύματα ηλεκτρολυτών ειδικά για κάθε ηλεκτρόδιο, προκειμένου να βελτιώσουν τη συμβατότητα και την απόδοση.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι πλήρως στερεές μπαταρίες παρουσίασαν εξαιρετική ηλεκτροχημική απόδοση, θερμική σταθερότητα και ιοντική αγωγιμότητα.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη μέθοδο της επιταχυνόμενης θερμοκρασίας (ARC), πειράματα φόρτισης-εκφόρτισης και ηλεκτροχημική φασματοσκοπία για να αξιολογήσουν τη θερμική σταθερότητα και την ηλεκτροχημική απόδοση της LIB.
Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η υψηλή ικανότητα φόρτισης/εκφόρτισης της μπαταρίας, η ισχυρή απόδοση κύκλου και η ελάχιστη αλλαγή της εσωτερικής αντίστασης ήταν τα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά της.
Επιπλέον, ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες περίπου 150 °C, η δομή Si-LICGC-NCM811 με τα αντίστοιχα διαλύματα ηλεκτρολύτη παρουσίασε βελτιωμένη θερμική σταθερότητα και πολύ μικρή παραγωγή θερμότητας από τη δευτερεύουσα αντίδραση, σύμφωνα με τη δοκιμή ARC.
«Συνολικά, η νέα μπατρία LIB έχει τη δυνατότητα να ενισχύσει την ανάπτυξη αποδοτικών και ασφαλέστερων ηλεκτρικών οχημάτων επόμενης γενιάς και φορητών συσκευών όπως τα drones.
Η ευρεία εφαρμογή της μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει την ευχρηστία για τους χρήστες, αλλά και να προάγει την βιώσιμη οικονομική ανάπτυξη», δήλωσε η ομάδα σε ανακοίνωσή της.
www.worldenergynews.gr
