Литий-металлический аккумулятор с улучшенным электролитом

Металлический литий является одним из лучших кандидатов на замену графита в качестве анодного материала благодаря его высокой теоретической емкости. Проблема в том, что аккумуляторы с литий-металлическими анодами в настоящее время имеют низкий срок службы.

Однако благодаря новому негорючему двуханионному ионному жидкому электролиту вскоре это может измениться.

Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Института Гельмгольца в Ульме — Электрохимическое хранение энергии (HIU) нашли решение. Как вы сообщаете в журнале Joule, вы используете многообещающую новую комбинацию материалов. В них используется слоистый катод с низким содержанием кобальта и богатым содержанием никеля (NCM88). Это обеспечивает высокую плотность энергии. Однако с обычно используемым коммерчески доступным органическим электролитом (LP30) стабильность оставляет желать лучшего. Емкость хранилища уменьшается по мере увеличения количества циклов зарядки.

Почему это так, объясняет профессор Стефано Пассерини, директор HIU и руководитель исследовательской группы по электрохимии аккумуляторов:«В электролите LP30 на катоде возникают трещины частиц. Электролит вступает в реакцию внутри этих трещин и разрушает структуру. Кроме того, на катоде образуется толстый мохообразный литийсодержащий слой. «Поэтому вместо этого исследователи использовали нелетучий негорючий ионный жидкий электролит с двумя анионами (ILE). «С помощью ИЛЭ можно значительно уменьшить структурные изменения в катоде, богатом никелем», — сообщает доктор Гук-Тае Ким из Исследовательской группы по электрохимии аккумуляторов в HIU.

88 % емкости сохраняется в течение 1000 циклов зарядки

Результаты:с катодом NCM88 и электролитом ILE литий-металлическая батарея достигает плотности энергии 560 ватт-часов на килограмм (Втч/кг). Изначально он имеет емкость 214 мАч на грамм (мАч/г); 88 процентов емкости сохраняется в течение 1000 циклов зарядки. Кулоновский КПД, показывающий соотношение между забираемой и подаваемой мощностью, составляет в среднем 99,94 процента.

Поскольку представленный аккумулятор также характеризуется высоким уровнем безопасности, исследователи из Карлсруэ и Ульма сделали важный шаг на пути к углеродно-нейтральной мобильности.

Сравнение срока службы различных электролитов в литий-металлическом аккумуляторе

Сначала я не заметил, что показатель плотности энергии 560 Втч/кг, рекламируемый в пресс-релизе, учитывает только вес активного материала (катода и анода), так что спасибо Андресу за внимание!

Исследовательский документ разъясняет это.

Результирующая удельная энергия, основанная на общей массе активного материала (анод + катод), рассчитывается как 564 Втч кг-1 при 0,1°C и 488 Втч кг-1 при 0,5°C с использованием тонкого литиевого электрода.

Основные моменты

• Плотность энергии 560 Втч/кг (учитывается только активный материал)
• Сохранение емкости 88 % после 1000 циклов.
• Катод NCM 88 (низкое содержание кобальта)
• Безопасный негорючий электролит