Революційна конструкція твердотільного акумулятора прокладає шлях до довготривалої енергії

Прорив у технології повністю твердотільних батарей із новим методом електроосадження збільшує ефективність і термін служби.

Дослідницька група, що складається з професора Суджина Пака з хімічного факультету, доктора філософії Санг’єопа Лі з відділу передового матеріалознавства, а також доктора Сунджина Чо та магістра Хюнбіна Чоя з хімічного факультету Науково-технологічного університету Похан ( POSTECH) і д-р Джин Хонг Кім і д-р Хонг’юл Бе з POSCO N.EX.T Hub нещодавно успішно покращили продуктивність і довговічність повністю твердотільних батарей. Цей прорив став можливим завдяки впровадженню нового підходу, відомого як нижнє електроосадження. ^[1] Їх дослідження було опубліковано в міжнародному журналі Small.

Вирішення проблем безпеки акумуляторів

Використовуються в різних сферах застосування, таких як електромобілі та системи зберігання енергії, вторинні батареї зазвичай покладаються на рідкі електроліти. Однак займистість рідких електролітів створює ризик пожежі. Це спонукає до постійних дослідницьких зусиль з вивчення використання твердих електролітів і металевого літію (Li) у повністю твердотільних батареях, пропонуючи безпечніший варіант.

Під час роботи повністю твердотільних батарей літій наноситься на анод, а рух електронів використовується для генерування електроенергії. Під час процесу заряджання та розряджання металевий літій проходить цикл втрат електронів, перетворення в іони, повернення електронів і електроосаджування назад у свою металеву форму. Однак невибіркове електроосадження літію може швидко виснажити доступний літій, що призведе до значного зниження продуктивності та довговічності акумулятора.

Інновації в анодний захист

Щоб вирішити цю проблему, дослідницька група співпрацювала з POSCO N.EX.T Hub для розробки шару захисту анода, що складається з функціонального сполучного (PVA-g-PAA) ^[2] для повністю твердотільних батарей. Цей шар демонструє виняткові властивості перенесення літію, запобігаючи випадковому електроосадженню та сприяючи процесу «нижнього електроосадження». Це забезпечує рівномірне осідання літію з нижньої частини поверхні анода.

Використовуючи скануючий електронний мікроскоп (SEM), дослідницька група провела аналіз, який підтвердив стабільне електроосадження та відщеплення ^[3] іонів літію. Це значно зменшило непотрібне споживання літію. Повністю твердотільні батареї, розроблені командою, також продемонстрували стабільну електрохімічну продуктивність протягом тривалого часу навіть з металевим літієм товщиною 10 мікрометрів (мкм) або менше.

Професор Суджін Парк, який керував дослідженнями, висловив свою прихильність, сказавши: «Ми розробили довговічну повністю твердотільну акумуляторну систему за допомогою нової стратегії електроосадження». Він додав: «З подальшими дослідженнями ми прагнемо надати більш ефективні способи подовжити термін служби батареї та збільшити щільність енергії». Спираючись на результати спільної роботи, POSCO Holdings планує перейти до комерціалізації металевих літієвих анодів, основного матеріалу для наступного покоління вторинних батарей.