Схема, изображающая стабилизацию твердотельной батареи на основе литий-металлического анода с помощью механизма нижнего электроосаждения. 1 кредит
Прорыв в технологии твердотельных аккумуляторов с использованием нового метода электроосаждения повышает эффективность и срок службы.
Исследовательская группа, состоящая из профессора Суджина Пака с химического факультета, кандидата наук Сангеопа Ли из отдела перспективного материаловедения, а также доктора Сонджина Чо и магистранта Хёнбина Чоя с химического факультета Пхоханского университета науки и технологий ( POSTECH), а также д-р Джин Хон Ким и д-р Хонгёль Пэ из POSCO N.EX.T Hub недавно успешно повысили производительность и долговечность полностью твердотельных батарей. Этот прорыв стал возможен благодаря реализации нового подхода, известного как нижнее электроосаждение.[1] Их исследование опубликовано в международном журнале Маленький.
Решение проблем безопасности аккумуляторов
Аккумуляторные батареи, используемые в различных приложениях, таких как электромобили и системы хранения энергии, обычно основаны на жидких электролитах. Однако воспламеняемость жидких электролитов создает опасность возникновения пожара. Это побуждает к постоянным исследовательским усилиям по изучению использования твердых электролитов и металлического лития (Li) в полностью твердотельных батареях, предлагая более безопасный вариант.
При работе полностью твердотельных батарей литий наносится на анод, и движение электронов используется для выработки электроэнергии. В процессе зарядки и разрядки металлический литий подвергается циклу потери электронов, превращения в ион, восстановления электронов и обратного электроосаждения в свою металлическую форму. Однако неизбирательное электроосаждение лития может быстро истощить доступный литий, что приведет к значительному снижению производительности и срока службы батареи.
Инновации в области анодной защиты
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа в сотрудничестве с POSCO N.EX.T Hub разработала анодный защитный слой, состоящий из функционального связующего (PVA-g-PAA).[2] для полностью твердотельных аккумуляторов. Этот слой демонстрирует исключительные свойства переноса лития, предотвращая случайное электроосаждение и способствуя процессу «нижнего электроосаждения». Это обеспечивает равномерное осаждение лития со дна поверхности анода.
Используя сканирующий электронный микроскоп (СЭМ), исследовательская группа провела анализ, который подтвердил стабильное электроосаждение и отслоение.[3] ионов лития. Это значительно снизило ненужное потребление лития. Полностью твердотельные батареи, разработанные командой, также продемонстрировали стабильные электрохимические характеристики в течение длительных периодов времени даже с металлическим литием толщиной 10 микрометров (мкм) или меньше.
Профессор Суджин Пак, возглавлявший исследование, выразил свою заинтересованность, сказав: «Мы разработали долговечную систему полностью твердотельных аккумуляторов с помощью новой стратегии электроосаждения». Он добавил: «Благодаря дальнейшим исследованиям мы стремимся найти более эффективные способы увеличения срока службы батареи и увеличения плотности энергии». Основываясь на результатах совместной работы, POSCO Holdings планирует перейти к коммерциализации литий-металлических анодов, основного материала для аккумуляторных батарей следующего поколения.
Примечания
- Электроосаждение
Способ нанесения металла на электрод, погруженный в электролит, путем пропускания через электролит электрического тока. - ПВА-г-ПАА
Поли(виниловый спирт)-прививочно-поли(акриловый кислота) - Отсоединить
Отрыв или разделение — явление, при котором металлический литий теряет электроны и превращается в ионы лития.
Ссылка: «Нижнее осаждение обеспечивает стабильные твердотельные батареи с ультратонким литий-металлическим анодом», авторы: Сангеоп Ли, Сонджин Чо, Хёнбин Чой, Сонхо Ким, Инсу Чжон, Юбин Ли, Тэсон Чхве, Хонгёль Бэ, Джин Хон Ким и Суджин Пак. , 15 февраля 2024 г., Маленький.
DOI: 10.1002/sml.202311652
Исследование проводилось при поддержке POSCO Holdings, Министерства торговли, промышленности и энергетики и Корейского института планирования и оценки промышленных технологий (KEIT).