Istraživači sa Kalifornijskog univerziteta u San Diegu razvili su novu vrstu baterija koja kombinuje elektrolit u čvrstom stanju sa potpuno silikonskom anodom za isporuku superiorne gustine energije.
Tim je rekao da su početni testovi pokazali da je baterija sigurna i dugotrajna te vjeruju u obećavajuće primjene kao što su mrežna pohrana ili električna vozila.
Silicijske anode obično imaju gustoću energije oko 10 puta veću od grafitnih anoda koje se najčešće koriste u litij -ionskim baterijama. No, anode se također šire i skupljaju kako se baterija puni i prazni te se brzo razgrađuje s tekućim elektrolitima.
Do sada su ti faktori držali sve-silicijske anode izvan komercijalnih litij-ionskih baterija uprkos njihovoj primamljivoj gustoći energije.
“S ovom konfiguracijom baterije otvaramo novu teritoriju za solid-state baterije koristeći anode od legure poput silicija”, rekao je Darren HS Tan, vodeći autor rada.
Solid-state baterije sljedeće generacije s velikom gustoćom energije uvijek su se oslanjale na metalni litij kao anodu.
No, to postavlja ograničenja na brzinu punjenja baterije i potrebu za povišenom temperaturom (obično 60 stepena Celzija ili većom) tokom punjenja. Silikonska anoda prevladava ta ograničenja, dopuštajući mnogo brže brzine punjenja pri sobnim temperaturama, uz održavanje visoke gustoće energije.
Tim je pokazao laboratorijsku punu ćeliju koja isporučuje 500 ciklusa punjenja i pražnjenja s 80 posto zadržavanja kapaciteta na sobnoj temperaturi.
Zamjenom tekućeg elektrolita za čvrsti elektrolit, te istodobnim uklanjanjem ugljika i veziva iz silicijeve anode, istraživači su izbjegli niz izazova koji se javljaju kada se anode natapaju u organskom tekućem elektrolitu dok baterija funkcionira.
Tim je također značajno smanjio međufazni kontakt, koji često uzrokuje neželjene nuspojave, s čvrstim elektrolitom, izbjegavajući kontinuirani gubitak kapaciteta koji se tipično događa s elektrolitima na bazi tekućine.
„Pristup čvrstog silicija prevladava mnoga ograničenja u konvencionalnim baterijama. Predstavlja nam uzbudljive mogućnosti da zadovoljimo zahtjeve tržišta za većom volumetrijskom energijom, sniženim troškovima i sigurnijim baterijama, posebno za skladištenje energije u mreži ”, dodao je Tan.
Studija je provedena uz podršku tvrtke LG Energy Solution, koja se nada da će s vremenom moći koristiti tehnologiju u komercijalnim proizvodima.
Izvor: IET
