Нові твердотільні батареї отримали неймовірно високу щільність енергії в 310 Втч/кг

Дослідники з Корейського інституту енергетичних досліджень (KIER) і з Ульсанського національного інституту енергетики (UNIST) розробили універсальні принципи проєктування твердотільних батарей, що ознаменувало зрушення парадигми в цій галузі. Про це пише Interesting Еngineering.

Новий метод може прискорити розробку і впровадження твердотільних батарей. Дослідники багато в чому покладалися на досвід комбінування матеріалів і контролю параметрів конструкції. Вони встановили кількісні параметри, такі як поріг балансу, поріг перколяції та поріг завантаження. Ці параметри складають основу перших універсальних принципів проектування твердотільних акумуляторів.

Цікаво, що пакетний елемент ємністю 0,5 Ач, побудований на цих принципах, досяг вражаючої щільності енергії 310 Втч/кг і отримав сертифікацію. Батарея нового типу вона перевищила щільність енергії комерційних літієвих батарей (близько 250 Втч/кг).

На щільність енергії твердотільних енергонакопичувачів впливає щільність активних матеріалів у катоді. Поріг балансу визначає ідеальне співвідношення просторів, що заповнюють твердий електроліт, між частинками активного матеріалу в катоді. Розробники використали концепцію "кубічної закритої упаковки" для визначення балансу між щільністю енергії та щільністю потужності.

Поріг перколяції встановлює мінімальну умову літій-іонної провідності в композитному катоді. Забезпечує контакт між композиційними частинками активних матеріалів і твердими електролітами.

Поріг навантаження визначає ідеальні умови для мінімізації падіння напруги всередині катода. Це допомагає підібрати оптимальну товщину електрода.

Дослідники також створили SolidXCell — набір інструментів для проєктування твердотільних батарей, доступний для виробників.

Реалізація нових принципів проектування, а також відповідного інструментарію призведе до прогресу в розробці твердотільних батарей. Дослідники очікують, що ці інструменти полегшать процес проєктування та підвищать продуктивність.

Раніше ми писали, що нова технологія відновлює 87% літію зі старих акумуляторів. Дослідники змогли виділити літій майже в 100 разів швидше, ніж у масляній ванні. Їм знадобилося всього 15 хв., щоб повернути 87% літію — процес, який зайняв би 12 год.