Liitium-ioon Akudega On Võimalik 30 Protsenti Rohkem Energiat

2023 Autor: Hannah Pearcy | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-08-25 03:37

Patareide valik on elektromobiilsuse peamine probleem. Karlsruhe tehnoloogiainstituudi (KIT) teadlased on nüüd saanud olulise ülevaate võimsamate materjalide ja aku lagunemise kohta. Selle teadmisega tahavad nad välja töötada märkimisväärselt suurema mahutavusega akusid, kuni 30 protsenti.

Spetsiifiline katoodimaterjal suurema jõudluse tagamiseks

Liitium-ioontehnoloogia kõrge energiavariandiga versioon erineb tavapärasest selle poolest, et selles kasutatakse konkreetset katoodimaterjali: kui seni on kasutatud erineva suhtega nikli, mangaani ja koobalti kihtioksiide, on teadlased valinud mangaanirikkad materjalid liitiumi liigse sisaldusega, mis suurendab energiasalvestusmahtu Katoodmaterjali maht / mass suurenes märkimisväärselt.

Nende materjalide kasutamisel on siiski üks probleem: Liitiumioonide ladustamisel ja eemaldamisel - aku põhitoimimisel - laguneb suure energiatarbega katoodimaterjal. Mõne aja pärast muutub kihtioksiid kristallstruktuuriks, millel on väga ebasoodsad elektrokeemilised omadused. Soovimatu tagajärjena langeb keskmine laadimis- ja tühjenemispinge algusest peale, mis on seni takistanud kasutatavate suure energiatarbega liitium-ioon akude väljatöötamist.

Kuidas lagunemisprotsess patareides töötab?

Kuidas see lagunemisprotsess täpselt töötab, polnud veel täielikult aru saadud. KIT-i teadlaste ja koostööd tegevate asutuste teadlaste meeskond on nüüd ajakirjas Nature Communications kirjeldanud põhimehhanismi: "Suure energiasisaldusega katoodimaterjali üksikasjalike uuringute põhjal suutsime näidata, et lagunemine ei olnud otsene, vaid kaudne, moodustades varasema vähe märgatud liitiumsoola struktuur,”ütleb Weibo Hua (IAM-ESS), üks uuringu peamisi autoreid. "Hapnik mängib reaktsioonides ka otsustavat rolli."

Lisaks neile tulemustele näitab uuring ka seda, et uus ülevaade akutehnoloogia käitumisest ei pea tingimata tulema otse lagunemisprotsessist: Weibo ja kaasatud teadlased said oma avastuse uuringute põhjal, mis viidi läbi katoodimaterjali sünteesi käigus.

Teel elektriautode suure energiatarbega liitium-ioon akude juurde on KIT-i uurimistulemused oluline samm: need võimaldavad katsetada uusi lähenemisviise, et minimeerida kihtioksiidide lagunemist ja alustada selle uue akutüübi tegelikke arendustöid.

Uurimisplatvormi Celest kaudu

KIT-is viiakse see uuring läbi elektrokeemilise energiasalvestuse keskuse Ulm & Karlsruhe ehk lühidalt Celest - Saksa suurima elektrokeemilise ladustamise uurimisplatvormi - osana. Uurimisplatvorm Celest asutati 2018. aastal partnerite KIT, Ulmi ülikooli ning Baden-Württembergi päikeseenergia ja vesiniku uuringute keskuse (ZSW) poolt ning see on rahvusvahelises võrdluses üks suurimaid akuteadusuuringuid. Celest on aktiivne kolmes uurimisvaldkonnas: liitium-ioontehnoloogia, liitiumist väljaspool oleva energia salvestamine ning elektrokeemilise energia salvestamise ja muundamise alternatiivsed tehnikad.