Материал анода для безопасных аккумуляторов с длительным сроком службы

ИЗОБРАЖЕНИЕ: Исследователи надеются, что новые материалы помогут построить безопасные и прочные высокопроизводительные элементы. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Университета Цзилинь в Чанчуне / Китай исследовали многообещающий анодный материал для будущих высокоэффективных батарей - титанат лития-лантана с кристаллической структурой перовскита (LLTO). Как сообщила команда в журнале Nature Communications, LLTO может улучшить плотность энергии, удельную мощность, скорость зарядки, безопасность и срок службы батарей, не требуя уменьшения размера частиц с микро- до наноуровня. (DOI: 10.1038 / s41467-020-17233-1)Спрос на электромобили растет вместе с растущей потребностью в интеллектуальных сетях, обеспечивающих устойчивое энергоснабжение. Эти и другие мобильные и стационарные технологии требуют подходящих батарей. Сохранение как можно большего количества энергии в минимально возможном пространстве при минимально возможном весе - литий-ионные батареи (LIB) по-прежнему лучше всего соответствуют этому требованию. Исследование направлено на повышение плотности энергии, удельной мощности, безопасности и срока службы этих батарей. Материал электрода здесь имеет большое значение. Аноды литий-ионных аккумуляторов состоят из токосъемника и нанесенного на него активного материала, который накапливает энергию в виде химических связей. В большинстве случаев в качестве активного материала используется графит. Однако отрицательные электроды из графита имеют низкую скорость зарядки. Более того, они связаны с вопросами безопасности. Среди альтернативных активных материалов оксид титаната лития (LTO) уже коммерциализирован. Отрицательные электроды с LTO имеют более высокую скорость зарядки и считаются более безопасными, чем электроды из графита. Недостатком является то, что литий-ионные батареи с оксидом титаната лития, как правило, имеют более низкую плотность энергии. Спрос на электромобили растет вместе с растущей потребностью в интеллектуальных сетях, обеспечивающих устойчивое энергоснабжение. Эти и другие мобильные и стационарные технологии требуют подходящих батарей. Сохранение как можно большего количества энергии в минимально возможном пространстве при минимально возможном весе - литий-ионные батареи (LIB) по-прежнему лучше всего соответствуют этому требованию. Исследование направлено на повышение плотности энергии, удельной мощности, безопасности и срока службы этих батарей. Материал электрода здесь имеет большое значение. Аноды литий-ионных аккумуляторов состоят из токосъемника и нанесенного на него активного материала, который накапливает энергию в виде химических связей. В большинстве случаев в качестве активного материала используется графит. Однако отрицательные электроды из графита имеют низкую скорость зарядки. Более того, они связаны с вопросами безопасности. Среди альтернативных активных материалов оксид титаната лития (LTO) уже коммерциализирован. Отрицательные электроды с LTO имеют более высокую скорость зарядки и считаются более безопасными, чем электроды из графита. Недостатком является то, что литий-ионные батареи с оксидом титаната лития, как правило, имеют более низкую плотность энергии.Команда профессора Гельмута Эренберга, главы Института прикладных материалов - систем накопления энергии (IAM-ESS) KIT, теперь исследовала другой многообещающий анодный материал: титанат лития-лантана с кристаллической структурой перовскита (LLTO). Согласно исследованию, которое проводилось в сотрудничестве с учеными из Университета Цзилинь в Чанчуне (Китай) и других исследовательских институтов в Китае и Сингапуре, аноды LLTO имеют более низкий электродный потенциал по сравнению с коммерчески выпускаемыми анодами LTO, что позволяет получать более высокое напряжение ячейки. и более высокая емкость. "Напряжение элемента и емкость аккумулятора в конечном итоге определяют удельную энергию батареи", - объясняет Эренберг. "В будущем аноды LLTO могут быть использованы для создания особо безопасных высокопроизводительных ячеек с длительным сроком службы".Помимо плотности энергии, удельной мощности, безопасности и срока службы, скорость зарядки является еще одним определяющим фактором, определяющим пригодность аккумулятора для требовательных приложений. В принципе, максимальный ток разряда и минимальное время зарядки зависят от переноса ионов и электронов как внутри твердого тела, так и на границах раздела между материалом электрода и электролита. Для повышения скорости зарядки обычной практикой является уменьшение размера частиц электродного материала с микро- до нанометров. 

Также по теме: