Baterija sa zadebljanim elektrodama omogućava znatno veći domet
Naučnici iz Sjedinjenih Američkih Država razvili su zadebljane elektrode sa visokom energetskom gustinom, koje bi, prema navodima tima, mogle značajno da povećaju domet električnih vozila (EV).
Razvijen na Državnom univerzitetu Pensilvanije (Penn State University), ovaj tip gustih elektroda pokazuje znatno veću kapacitivnost ćelije, uz poboljšanu mehaničku čvrstoću, što omogućava otpornost na degradaciju tokom brojnih ciklusa punjenja i pražnjenja baterije.
Istraživači navode da su primenili novi proizvodni postupak koji povećava performanse elektroda i prevazilazi uobičajene nedostatke vezane za povećanje njihove gustine i debljine.
Tim je naglasio da je ključ unapređenja baterija u povećanju količine aktivnog materijala – komponente koja skladišti energiju i direktno utiče na performanse baterije.
„Tradicionalno, aktivni materijal čini samo 30 do 50% mase komercijalnih baterijskih ćelija“, objašnjava Hangtao Sun, docent na Katedri za industrijsko i proizvodno inženjerstvo (IME) i glavni istraživač projekta.
„Jednostavnim povećanjem debljine elektrode možemo povećati ukupnu količinu aktivnog materijala i tako povećati ukupnu energiju baterije“.
Uobičajeno, povećanje debljine elektrode zahteva da struktura bude visoko porozna – sa više od 40% praznog prostora – kako bi se omogućilo lako kretanje električnog naboja unutar ćelije.
Međutim, veća poroznost istovremeno smanjuje količinu aktivnog materijala, a samim tim i količinu energije koju baterija može da uskladišti. Iako bi zbijenije pakovanje elektroda delovalo kao logično rešenje za veću snagu, Sun objašnjava da takva kompaktna struktura ograničava transport naelektrisanja, što u konačnici slabi performanse baterije.
Da bi prevazišao ovaj kompromis, Sunov tim je razvio sintetičke granice unutar elektroda, koje funkcionišu kao „rezervoari“ za naelektrisanje i omogućavaju njegovo brzo kretanje kroz sistem.
Zahvaljujući ovim granicama, elektrode mogu biti pet do deset puta deblje i dvostruko gušće od konvencionalnih, čime se značajno povećava energetska gustina u ograničenom zapreminskom prostoru.
Sun je istakao da su razvijene baterije pokazale potencijalnu energetsku gustinu veću od 500 Wh/kg na nivou ćelije, što bi električnim vozilima omogućilo znatno veći domet po jednom punjenju.
„Stvaranjem trodimenzionalne mreže sintetičkih granica unutar elektroda, uspeli smo da povećamo energetski izlaz, uz istovremeno povećanje gustine i debljine – čime smo prevazišli ograničenja postojećih komercijalnih elektroda“, objašnjava Sun.
Rad, objavljen u časopisu Nature Communications, opisuje geologijom inspirisan proces gustog zbijanja uz pomoć privremenog tečnog aditiva (transient liquid-assisted densification), kojim se dobijaju guste, debele elektrode sa višefunkcionalnim sintetičkim sekundarnim granicama.
Prema navodima istraživača, ove granice donose više prednosti – uključujući otpornost na naprezanje koja ublažava mehaničko-hemijsku degradaciju, što je potvrđeno pomoću operando mape deformacija u realnom vremenu (operando full-field strain mapping).
Sintetičke faze granica, prikazane crvenom bojom na modelu, formiraju unutrašnju mrežu kroz celu elektrodu, koja olakšava brzo kretanje čestica i efikasniji transport naboja.
„Uspeli smo da povećamo čvrstoću elektrode desetostruko i da trostruko poboljšamo njenu krajnju mehaničku otpornost u poređenju sa elektrodama presovanim bez tečnog dodatka“, rekao je Sun.
On je dodao da je tim razvio i metodu digitalne korelacije slike (digital image correlation) kao alat za praćenje deformacija elektroda u realnom vremenu tokom rada baterije. Za razliku od složenih tehnika koje zahtevaju sinhronske izvore, ova metoda je pristupačna i može se primeniti u standardnim laboratorijama, čime istraživačima pruža praktičan način da vizuelizuju i prouče procese degradacije u baterijama.
AutoRepublika
(55)
