Трансформирующая структура батареи превосходит цели по быстрой зарядке для езды на велосипеде с использованием лития

Jun 29, 2023

4 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Университетом Мэриленда

Современные аккумуляторы ограничены требуемым временем зарядки и достижимым радиусом действия. Министерство энергетики США (DOE) разработало цель быстрой зарядки аккумулятора электромобиля (EV) за 10 минут.

Однако ток быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов может привести к литий-металлическому покрытию угольного анода и потенциальному образованию катастрофического короткого замыкания дендрита лития. Литий-металлические аноды могут решить эти проблемы, поскольку литий-металлическое покрытие не является проблемой, а является на самом деле анодом, и, кроме того, литий-металлические аноды позволяют использовать батареи с более высокой плотностью энергии и, следовательно, запас хода электромобилей. Однако на сегодняшний день скорость зарядки литий-металлических анодов остается ограниченной из-за образования коротких замыканий дендритов лития.

Доктор Эрик Ваксман, директор Мэрилендского института энергетических инноваций (MEI2) и заслуженный профессор Университета Мэриленда (UMD), и его исследовательская группа разработали однофазный гранатовый материал со смешанной ионно-электронной проводимостью (MIEC), который при интеграции в ранее разработанную 3D-архитектуру они не только достигли цели Министерства энергетики США по быстрой зарядке для циклического использования лития, но и превзошли ее в 10 раз.

Пористая структура граната MIEC помогает снять напряжение с твердых электролитов (ТЭ) во время циклирования, равномерно распределяя потенциал по поверхности, тем самым предотвращая локальные горячие точки, которые могут вызвать образование дендритов.

Этот преобразующий материал и структура являются огромным прорывом, который окажет влияние на электромобили и другие приложения. Статья «Экстремальное циклирование литий-металл, обеспечиваемое 3D-архитектурой граната со смешанной ионно-электронной проводимостью (MIEC)», опубликована в журнале Nature Materials.

Скорость цикла зарядки Li (ось X), количество Li за цикл (диаметр круга) и совокупное количество циклов Li (ось Y) намного превышают цели Министерства энергетики по быстрой зарядке по плотности тока, емкости по площади за цикл и совокупной емкости. при комнатной температуре без приложенного давления. Благодаря такой возможности циклического использования лития электромобили смогут выполнять циклы разрядки на 100% глубины каждый день в течение 10 лет, что намного превышает любые ожидаемые требования к сроку службы/гарантии электромобиля.

Доктор Й. Ширли Мэн, главный научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории ACCESS и профессор Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета, сказала: «В этой работе Ваксман и его команда продемонстрировали превосходную производительность литий-металлического анода. инновационный 3D-дизайн и уникальная архитектура, позволяющая достичь таких характеристик. Такой подход открывает новую парадигму для проектирования аккумуляторов высокой энергии следующего поколения».