Samsung представляет твердотельные литий-металлические батареи

Компания Samsung представила твердотельную батарею, которая сочетает в себе высокую плотность энергии (942 Втч/л) и длительный срок службы (1000 циклов). Исследование было опубликовано в одном из ведущих мировых научных журналов Nature Energy.

В этом аккумуляторном элементе мешочка используется твердый электролит и литий-металлический анод (композитный слой серебра и углерода), что отличает его от современных обычных аккумуляторов, в которых используются жидкие электролиты и графитовые/кремниевые аноды.

Самые последние достижения в области аккумуляторных технологий были достигнуты за счет улучшения катодов. Приятно наконец-то увидеть существенные улучшения в области анодов и электролитов.

Давайте посмотрим пресс-релиз.

9 марта в Лондоне исследователи из Передового технологического института Samsung (SAIT) и Японского научно-исследовательского института Samsung (SRJ) представили Nature Energy исследование высокопроизводительных и долговечных полностью твердотельных батарей. ведущие мировые научные журналы.

По сравнению с широко используемыми литий-ионными батареями, в которых используются жидкие электролиты, полностью твердотельные батареи обеспечивают большую плотность энергии, что открывает двери для большей емкости, и используют твердые электролиты, которые явно более безопасны. Однако литий-металлические аноды, которые часто используются в полностью твердотельных батареях, склонны вызывать рост дендритов ¹ . что может привести к нежелательным побочным эффектам, снижающим срок службы батареи и снижающим безопасность.

Чтобы преодолеть эти эффекты, исследователи Samsung впервые предложили использовать композитный слой серебро-углерод (Ag-C) в качестве анода. Команда обнаружила, что включение слоя Ag-C в прототип ячейки мешочка позволило батарее поддерживать большую емкость, более длительный срок службы и повысить ее общую безопасность. Ультратонкий нанокомпозитный слой Ag-C толщиной всего 5 мкм (микрометров) позволил команде уменьшить толщину анода и увеличить плотность энергии до 900 Вт·ч/л. Это также позволило им уменьшить объем своего прототипа примерно на 50 % по сравнению с обычной литий-ионной батареей.

Ожидается, что это многообещающее исследование поможет стимулировать распространение электромобилей (EV). Прототип аккумуляторной батареи, разработанный командой, позволит электромобилю проезжать до 800 км без подзарядки, а его срок службы составляет более 1 000 зарядок.

Как объяснил Донгмин Им, магистр лаборатории аккумуляторов нового поколения SAIT и руководитель проекта:«Продукт этого исследования может стать исходной технологией для более безопасных и высокопроизводительных аккумуляторов будущего. В будущем мы продолжим разрабатывать и совершенствовать материалы для полностью твердотельных аккумуляторов и технологии производства, чтобы вывести инновации в области аккумуляторов для электромобилей на новый уровень».

Полное исследование дает нам больше деталей, чем пресс-релиз.

Основные моменты:

• Срок службы:95 % SoH после 600 циклов и 89 % SoH после 1000 циклов.
• Объемная плотность энергии:942 Втч/л с потенциалом превысить 1000 Втч/л.

SoH (состояние работоспособности) используется для измерения емкости аккумулятора.

С такой объемной плотностью энергии BMW i3, который в настоящее время использует аккумуляторные элементы NCM 622 от Samsung SDI, может получить аккумулятор емкостью 89,9 кВтч и приблизительный диапазон WLTP 660 км. Он по-прежнему будет иметь дальность 627 км после 386 100 км [(660 + 627) / 2 x 600] и 587 км после 623 700 км [(660 + 587,4) / 2 x 1000].

Для этого исследования компания Samsung использовала широко распространенный в настоящее время катод NCM. Однако твердые электролиты и аноды из металлического лития также можно комбинировать с катодами, не содержащими кобальта, такими как LFMP или LiFePO4, как мы видим в другом исследовании.

Наконец, хорошая новость заключается в том, что технология твердотельных аккумуляторов, похоже, ближе к запуску в производство, чем предполагалось в 2016 году, как видно из дорожной карты аккумуляторных элементов ниже.

Технологические семинары BMW Group – Электромобильность в декабре 2016 г.

Судя по тому, как идут дела сейчас, кажется, что в не столь отдаленном будущем мы получим твердотельные батареи с литий-металлическими анодами в сочетании с катодами с высокой плотностью энергии (NCMA) и безкобальтовыми катодами (LFMP).

Вы можете прочитать полную статью, опубликованную в Nature Energy, по открытой ссылке Sci-Hub ниже.