Pramonės naujienos

Naujas katodo dizainas žymiai pagerina naujos kartos baterijos veikimą

2021-06-16
TEMOS:
Baterijų technologija, energija, nanotechnologijos
HONG KONG MOKSLO IR TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS 2020 M. GRUODŽIO 26 D.



„Viskas viename“ sprendimas, skirtas makroporinio pagrindinio kompiuterio su dvigubomis surišimo vietomis projektavimo strategijai. Kreditas: HKUST

Cheong Ying Chan inžinerijos ir aplinkos profesoriaus profesoriaus prof. ZHAO Tianshou, mechanikos ir kosmoso inžinerijos profesoriaus pirmininko ir HKUST Energetikos instituto direktoriaus, vadovaujama komanda pasiūlė naują ličio sieros (Li) baterijos katodo dizaino koncepciją. tai iš esmės pagerina šios perspektyvios naujos kartos baterijos veikimą.

Li-S baterijos laikomos patraukliomis alternatyvomis ličio jonų (Li-ion) baterijoms, kurios dažniausiai naudojamos išmaniuosiuose telefonuose, elektromobiliuose ir bepiločiuose orlaiviuose. Jie yra žinomi dėl didelio energijos tankio, o jų pagrindinis komponentas, siera, yra gausus, lengvas, pigus ir aplinkai nekenksmingas.

Li-S baterijos gali pasiūlyti daugiau nei 500 Wh/kg energijos tankį, žymiai geresnį nei ličio jonų baterijos, kurios pasiekia savo ribą esant 300 Wh/kg. Didesnis energijos tankis reiškia, kad apytikslis 400 km važiavimo atstumas elektromobiliui, maitinamam ličio jonų akumuliatoriais, gali būti žymiai išplėstas iki 600–800 km, jei jis maitinamas Li baterijomis.

Nors tyrinėtojai visame pasaulyje pasiekė įdomių „Li“ akumuliatorių rezultatų, vis dar yra didelis atotrūkis tarp laboratorinių tyrimų ir technologijos komercializavimo pramoniniu mastu. Viena iš pagrindinių problemų yra Li-S akumuliatorių polisulfidinis šaudymo efektas, dėl kurio palaipsniui iš katodo nutekėja aktyvioji medžiaga ir atsiranda ličio korozija, dėl kurios baterija trumpai tarnauja. Kiti iššūkiai yra sumažinti elektrolito kiekį akumuliatoriuje, išlaikant stabilų akumuliatoriaus veikimą.

Norėdami išspręsti šias problemas, profesoriaus Zhao komanda bendradarbiavo su tarptautiniais tyrėjais ir pasiūlė katodo dizaino koncepciją, kuri galėtų pasiekti gerą Li baterijos veikimą.

Labai orientuotas makroporinis šeimininkas gali vienodai talpinti sierą, o gausios aktyvios vietos yra įterptos į šeimininko vidų, kad sandariai sugertų polisulfidą, pašalindamos šaudymo efektą ir ličio metalo koroziją. Bendra komanda, iškėlusi sieros katodo LiS baterijose projektavimo principą, padidino baterijų energijos tankį ir padarė didelį žingsnį link baterijų industrializacijos.

„Mes vis dar esame šios srities pagrindinių tyrimų viduryje“, - sakė prof. Zhao. „Tačiau mūsų nauja elektrodų dizaino koncepcija ir su tuo susijęs našumo proveržis yra didelis žingsnis link praktinio naujos kartos akumuliatoriaus naudojimo, kuris yra dar galingesnis ir ilgesnis nei šiandieninės ličio jonų baterijos.“ €

Jų mokslinis darbas neseniai buvo paskelbtas žurnale „Nature Nanotechnology“.

Nuoroda: „Didelės energijos ir ilgai besitęsiantis ličio sieros maišelio elementas per makroporų katalizinį katodą su dviejų galų surišimo vietomis“, autorius Chen Zhao, Gui-Liang Xu, Zhou Yu, Leicheng Zhang, Inhui Hwang, Yu-Xue Mo, Yuxun Ren, Lei Cheng, Cheng-Jun Sun, Yang Ren, Xiaobing Zuo, Jun-Tao Li, Shi-Gang Sun, Khalil Amine ir Tianshou Zhao, 2020 m. Gruodžio 3 d., Gamtos nanotechnologijos.
DOI: 10.1038/s41565-020-00829-5

HKUST komandos nariai yra prof. Zhao ir jo dabartiniai doktorantai ZHAO Chen, ZHANG Leicheng ir buvęs doktorantas REN Yuxun (2019 m. Absolventas). Kiti bendradarbiai yra mokslininkai iš Argonne nacionalinės laboratorijos ir Stanfordo universiteto JAV, Siameno universiteto žemyninėje Kinijoje ir Imamo Abdulrahmano Bin Faisalio universiteto Saudo Arabijoje.