Korėjos mokslininkų komanda sukūrė sauso proceso akumuliatoriaus elektrodą, kuris sumažina pradinį talpos nuostolį maždaug 75 procentais ir gali padidinti elektromobilių ridą apie 20 procentų.
Profesoriaus Won-Jin Kwak vadovaujama grupė UNIST universitete, bendradarbiaudama su profesoriumi Junghyun Choi iš Gachon universiteto ir profesoriumi Janghyuk Moon iš Chung-Ang universiteto, išsprendė seniai žinomą storų, sausu būdu gaminamų elektrodų problemą – prastą jonų judrumą ir didelius negrįžtamus ličio nuostolius pirmojo įkrovimo–iškrovimo ciklo metu.
Stori elektrodai laikomi būtina ateities akumuliatorių technologijos dalimi, nes jie padidina energijos tankį, į tą pačią plotą sutalpindami daugiau aktyviosios medžiagos.
Be to, jie gaminami nenaudojant toksiškų tirpiklių, todėl yra draugiškesni aplinkai nei įprasti, šlapiuoju būdu dengti elektrodai.
Vis dėlto storesni aktyvūs sluoksniai ir sausi rišikliai dažnai lemia netolygų kietojo elektrolito tarpsluoksnio susidarymą ir didelius ličio nuostolius pirmajame cikle.
Siekdama tai išspręsti, komanda tarp anodo aktyviosios medžiagos sluoksnio ir varinio srovės kolektoriaus įterpė ploną ličio metalo plėvelę. Vietoj įprasto sukibimą gerinančio grunto ši ličio metalo plėvelė vienu metu atlieka kelias funkcijas.
Vienas sluoksnis – trys funkcijos
Ličio plėvelė veikia kaip sukibimo sluoksnis, pakeičiantis gruntą, ir kartu tiekia ličio, kompensuojantį pradinius negrįžtamus nuostolius.
Veikiant elektrocheminiam potencialui, ličio atomai iš plėvelės migruoja į aktyviosios medžiagos sluoksnį, skatina tolygesnį tarpsluoksnio susidarymą ir mažina pirmojo ciklo talpos nuostolį.
Eksperimentų rezultatai parodė, kad elementai, naudojantys naująją konfigūraciją, pasižymi maždaug 75 procentais mažesniu pradiniu talpos nuostoliu, palyginti su tradiciniais storais sausais elektrodais. Atliekant pilnų elementų bandymus su silicio–grafito anodais ir NCM811 katodais, pastebėtas pagerėjęs pradinis kolombinis efektyvumas ir geresnis ciklinis stabilumas.
Mokslininkų teigimu, toks pagerėjimas gali reikšti apie 20 procentų didesnę elektromobilių ridą.
Tuo pačiu procesas panaikina poreikį atskiram šlapio cheminio grunto dengimo ir džiovinimo etapui, todėl supaprastina gamybą.
Pirmasis autorius ir UNIST tyrėjas Hyun-Wook Lee paaiškino, kad ši technika leidžia vienu metu atlikti anodo preliminarų prisotinimą ličiu ir užtikrinti elektrodo sukibimą – tai efektyvus procesas, kurį galima tiesiogiai integruoti į esamas ritininio (angl. roll-to-roll) gamybos linijas.
Pasak jo, technologija veikia panašiai kaip laikraščių spausdinimo presai, todėl tinka didelės apimties gamybai.
Sausas procesas – didesnė nauda
Profesorius Kwak pabrėžė, kad sauso elektrodo dengimo technologija yra aktyviai vystoma pasaulinių bendrovių, tokių kaip „Tesla“. Jo teigimu, sukurtoji anodo technologija yra suderinama su įvairiomis katodų medžiagomis, įskaitant didelio nikelio kiekio katodus, ir suteikia konkurencinį pranašumą akumuliatorių pramonėje.
Pašalinus gruntą ir integravus preliminarų prisotinimą ličiu į vieną sausą etapą, sudaromos sąlygos visiškai sausai gamybos linijai.
Tai gali sumažinti gamybos sąnaudas išlaikant aukštus eksploatacinius rodiklius ir kartu sprendžiant ekonominius bei techninius storų elektrodų gamybos mastelio didinimo iššūkius.
Komandos metodas pagrįstas apatiniu ličio metalo sluoksniu sukonfigūruotu preliminariu prisotinimu – strategija, kuri skirta pagerinti jonų transportą ir stabilizuoti elektrodo sąsają neapsunkinant proceso.
Suderinamumas su didelio nikelio kiekio cheminėmis sistemomis, tokiomis kaip NCM811, dera su pramonės pastangomis didinti energijos tankį elektromobilių akumuliatoriuose.
