Новая технология позволит увеличить емкость батареи в разы

  

5 Апрель 2023 | Новые технологии

Время на прочтение: 3 минут(ы)

Совместная исследовательская группа POSTECH и Университета Соганг разрабатывает многослойный анодный материал высокой емкости на основе полимеров, который поможет позволит увеличить емкость батареи в 10 раз.

Рынок электромобилей переживает взрывной рост: в 2022 году мировые продажи превысят 1 трлн долларов. Неизбежно растет спрос и на аккумуляторы большой емкости, которые смогут увеличить дальность хода электромобилей.

Исследовательская группа, возглавляемая профессорами POSTECH Суджин Паком (химический факультет) и Юн Су Кимом (факультет материаловедения и инженерии), а также профессором Джегон Рю (факультет химической и биомолекулярной инженерии) Университета Соганг, разработала полимерный связующий материал для анода высокой емкости, который остается стабильным и надежным, а его емкость в 10 раз выше, чем у обычных графитовых анодов. Этот прорыв был достигнут за счет замены графита на кремниевый анод (Si-анод) в сочетании с многослойно заряженными полимерами при сохранении стабильности и надежности. Результаты исследования были опубликованы в Advanced Functional Materials.

Анодные материалы высокой емкости, такие как кремний, необходимы для создания литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии; они могут обеспечить по меньшей мере в 10 раз большую емкость, чем графит или другие анодные материалы, доступные в настоящее время. Проблема здесь заключается в том, что объемное расширение анодных материалов высокой емкости во время реакции с литием представляет угрозу для производительности и стабильности батареи — а значит и для безопасности. Чтобы решить эту проблему, исследователи изучали полимерные связующие, которые могут эффективно контролировать объемное расширение.

Однако исследования на сегодняшний день были сосредоточены исключительно на химическом «сшивании» и водородных связях. Химическое сшивание включает ковалентную связь между молекулами связующего, что делает их твердыми, но имеет фатальный недостаток: после разрыва связи не могут быть восстановлены. С другой стороны, водородная связь является обратимой вторичной связью между молекулами, основанной на различиях в электроотрицательности, но ее молярная теплоёмкость* (10-65 кДж/моль) относительно слаба.

Новый полимер, разработанный исследовательской группой, не только использует водородные связи, но и использует преимущества кулоновских сил (притяжения между положительным и отрицательным зарядами), а это уже 250 кДж/моль, что намного выше, чем для водородных связей, однако они обратимы, что позволяет легко контролировать объемное расширение. Поверхность анодных материалов с высокой емкостью в основном заряжена отрицательно, а слоистые полимеры чередуются с положительными и отрицательными зарядами для эффективного связывания с анодом. Кроме того, команда ввела полиэтиленгликоль для регулирования физических свойств и облегчения диффузии литий-ионов, в результате чего получился толстый электрод высокой емкости и максимальной плотностью энергии, характерной для литий-ионных аккумуляторов.

Профессор Суджин Парк пояснил:

Исследование обладает потенциалом для значительного увеличения энергетической ёмкости литий-ионных аккумуляторов за счет использования новых анодных материалов, тем самым расширяя дальность хода электромобилей. Анодные материалы на основе кремния потенциально могут увеличить дальность хода по меньшей мере в десять раз.

Исследование было проведено при поддержке Министерство образования, науки и техники Республики Корея, Программы развития технологий наноматериалов и Национальной исследовательской лаборатории технологий будущего Кореи.
P.S.
Корея Южная 🙂

Nota bene

Молярная теплоёмкость — физическая величина, численно равная количеству теплоты, которую необходимо передать одному молю (данного) вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу, или — произведение удельной теплоёмкости элемента на его атомную массу дает количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 моля этого элемента на 1°С (или, что равнозначно, на 1 К).

Больше хороших новостей:
Меняющий форму робот уже не фантастика

---

Использованы материалы:
https://scitechdaily.com/10x-ev-range-boost-with-revolutionary-lithium-ion-battery-technology/
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213458

 

 5