Pietų Korėjos mokslininkai sukūrė vos 2,77 mikrometro storio kietojo elektrolito akumuliatorių be anodo
Pietų Korėjos Dongguko universiteto mokslininkai sukūrė kietojo elektrolito akumuliatoriaus be anodo prototipą, kurio energijos tankis po 100 įkrovimo ciklų siekė 235 Wh/l. Vos 2,77 mikrometro storio akumuliatoriuje naudojamas naujas tarpinis alavo ir anglies sluoksnis, padedantis sumažinti ličio nuostolius ir padidinti patikimumą. Tai dar nėra proveržis elektromobilių akumuliatorių technologijoje, tačiau šis sprendimas galėtų padėti įveikti vieną didžiausių kietojo elektrolito akumuliatorių techninių trūkumų.
Anodas akumuliatoriuje susidaro įkraunant
Mokslo žurnale „Advanced Energy Materials“ paskelbtame tyrime „Energijos tankio ribų plėtimas: kietojo elektrolito akumuliatorius be anodo su integruotu amorfinio ličio vanadžio oksido plonasluoksniu katodu“ daugiausia dėmesio skiriama ličio nusėdimo kontrolei kietojo elektrolito akumuliatoriuose. Įprastame ličio jonų akumuliatoriuje anodas ir katodas yra atskiri, o įkraunant ličio jonai juda tarp jų. Naujos konstrukcijos akumuliatoriuje gamybos metu įprasto anodo sluoksnio nėra. Pirmą kartą įkraunant litis iš katodo juda prie srovės kolektoriaus ir ant jo sudaro metalinio ličio sluoksnį.
Toks sprendimas leidžia sumažinti akumuliatoriaus matmenis ir padidinti energijos kiekį tūrio vienete. Tačiau netolygus ličio nusėdimas gali lemti talpos mažėjimą ir vidinius trumpuosius jungimus.
Alavas ir anglis didina akumuliatoriaus stabilumą
Mokslininkų sprendime naudojamas varinis srovės kolektorius su itin plonu tarpiniu alavo ir anglies sluoksniu.
Alavas padeda pradėti ličio nusėdimą, o anglis – tolygiau jį paskirstyti. Taip sumažėja rizika, kad įkraunant susidarys netaisyklingos ličio struktūros arba kad dalis ličio taps elektriškai izoliuota ir nebeprisidės prie energijos kaupimo. Mokslininkai taip pat taikė išankstinį ličio įterpimą: į sistemą įtraukė nedidelį ličio rezervą negrįžtamiems nuostoliams per pirmuosius veikimo ciklus kompensuoti.
Prototipe ličio vanadžio oksido katodas derinamas su LiPON tipo kietuoju elektrolitu. Katodas yra maždaug 2 mikrometrų storio, o viso akumuliatoriaus elemento storis siekia 2,77 mikrometro.
Po 100 įkrovimo ir iškrovimo ciklų elemento tūrinis energijos tankis siekė 235,13 Wh/l. Bandymai atlikti esant labai silpnai srovei, o įkrovimo sparta buvo 0,01 C.
Energijos tankis elektromobiliams dar nepakankamas
Nors rezultatas rodo naują kietojo elektrolito akumuliatorių kūrimo kryptį, 235 Wh/l pagal šiandieninių elektromobilių standartus nėra išskirtinis rodiklis.
Šiuolaikinių ličio jonų akumuliatorių energijos tankis atskiro elemento lygmeniu gali siekti kelis šimtus Wh/l. Todėl Dongguko universiteto prototipo negalima laikyti tiesioginiu „Toyota“, CATL ar kitų didžiųjų akumuliatorių gamintojų kuriamų elektromobilių akumuliatorių konkurentu.
Svarbesnis yra pats konstrukcijos principas. Ateityje akumuliatoriaus konstrukcija be anodo galėtų sumažinti medžiagų sąnaudas ir leisti gaminti kompaktiškesnius akumuliatorių elementus.
Tačiau dėl dabartinio prototipo vis dar kyla klausimų, susijusių su ilgalaikiu patvarumu, įkrovimu stipria srove, gamybos sąnaudomis ir technologijos pritaikymu masinei akumuliatorių gamybai.
Naujasis sprendimas galėtų būti ypač tinkamas dėvimajai elektronikai, medicinos prietaisams ir mažiems jutikliams, kuriems akumuliatoriaus matmenys dažnai svarbesni už energijos tankį.
Svarbi tyrimų kryptis Europos akumuliatorių pramonei
Europos akumuliatorių gamintojai ir automobilių pramonės grupės investuoja į kietojo elektrolito akumuliatorius, tikėdamiesi padidinti viena įkrova nuvažiuojamą atstumą, pagerinti saugą ir sumažinti priklausomybę nuo įprastų ličio jonų akumuliatorių.
Vis dėlto Dongguko universiteto darbas rodo, kad kietojo elektrolito akumuliatorių sėkmė priklauso ne vien nuo naujų elektrolitų. Ne mažiau svarbu kontroliuoti procesus elektrodų sandūrose.
Tikroji tyrimo vertė – ne 235 Wh/l energijos tankis, o galimybė padidinti akumuliatoriaus be anodo stabilumą. Jei mokslininkams pavyktų tą patį principą pritaikyti didesniems elementams ir stipresnėms įkrovimo srovėms, tai galėtų prisidėti prie naujos kartos akumuliatorių kūrimo.
Kol kas technologija tebėra laboratorijoje. Kad ją būtų galima naudoti elektromobiliuose, reikėtų dar daug ją tobulinti.
