Търсенето на високоефективни батерии, особено за използване в електрически превозни средства, нараства, тъй като светът преминава към по-електрическа система на потребление на енергия. Целта е да се намали зависимостта от изкопаеми горива и давайки приоритет на усилията за възстановяване на климата. За да подобрят характеристиките и производството на батерии, изследователите от Пенсилванския университет и техните сътрудници са разработили нов подход за производство.
Той може да допринесе за по-ефективни батерии, поддържащи нивата на енергия и мощност.
Според Хонгтао Сун подобреният метод за изработване на електродите на батериите може да доведе до създаването на високоефективни батерии, които да позволят създаването на по-енергийно ефективни електрически превозни средства, както и да донесат ползи, като например подобряване на съхранението на електроенергия в мрежата. Сун е асистент по индустриално и производствено инженерство в Пенсилвания и съавтор на изследването, което е публикувано и представено на корицата на списание Carbon.
С настоящите батерии искаме да ни позволят да караме автомобил на по-дълги разстояния и искаме да зареждаме автомобила за пет или десет минути, което е сравнимо с времето, необходимо за зареждане на бензин. В нашата работа обмислихме как можем да постигнем това, като направим електродите и клетките на батериите по-компактни, с по-висок процент активни компоненти и по-нисък процент пасивни компоненти.
Сун
Ако производителят на електромобили иска да подобри пробега на своите автомобили, той добавя повече акумулаторни клетки, чийто брой е хиляди.
Колкото по-малки и по-леки, толкова по-добре, отбелязва Сун.
„Решението за по-дълъг пробег на електромобила е просто да се добавят компактни батерии, но с по-плътни и дебели електроди“, казва Сун, като обяснява, че такива електроди могат по-добре да свързват и захранват компонентите на батерията, правейки ги по-активни.
Въпреки че този подход може леко да намали производителността на батерията спрямо теглото на електрода, той значително подобрява цялостната производителност на превозното средство, като намалява теглото на батерийния пакет като цяло и енергията, необходима за придвижване на електромобила.
„Ако се замислите за основните компоненти в батерията, само електродът допринася за производителността на батерията“, казва Сун.
Всички останали части, като опаковка, сепаратор, токоприемник и т.н., са пасивни компоненти, които увеличават теглото и изобщо не допринасят за работата на батерията. Ако искаме да подобрим производителността на батерията, трябва да работим върху материалите за електрода на батерията и да увеличим максимално процента на теглото им в батерийната клетка.
Предишни опити за подобряване на производителността на батерията чрез по-добри електроди се фокусираха само върху един показател.
Това не беше толкова ефективно, защото след това батерията се представяше зле по други показатели за компромис. Например, когато батерията дава приоритет на високите гравиметрични показатели (количеството енергия, което може да съхрани спрямо теглото си), това може да доведе до намалени площни показатели (колко заряд може да съхрани на единица площ) и/или намалени обемни показатели (количеството на доставения заряд спрямо размера на батерията).
Обикновено батериите се състоят от анодни и катодни тънкослойни електроди, разположени между две токопроводими фолиа и разделени с изолационни разделители.
Увеличаването на дебелината на тези електроди може да подобри капацитета и плътността на съхранение на енергия, като осигури повече пространство за съхранение и освобождаване на енергия. По-дебелият електрод може да съхранява повече заряди и следователно, подобно на по-голям резервоар, който може да побере повече вода, може да съхранява повече енергия.
Въпреки това, те имат по-лош транспорт на заряд, което влошава цялостната им ефективност.
Сун и неговият изследователски екип се съсредоточиха върху създаването на по-дебели електроди с оптимизирани пътища за пренос на заряд, като целта им беше да осигурят висока производителност по трите показателя: площни, обемни и гравиметрични.
За да преодолеят предизвикателството на по-дебелия електрод с лоша кинетика на пренос на заряд, изследователите разработиха метод за прилагане на искрово плазмено синтероване (SPS) върху електродите. SPS е енергийно ефективна техника, която използва топлина и налягане за уплътняване и сгъстяване на материали в твърд обект, като например електрод.
„SPS ни позволи да изработим много дебел и плътен електрод“, казва Сун.
Типичната дебелина на електродите за батерии е само около 50 до 100 микрона, но сега, в тази работа, говорим за 300, 500 микрона. Това е пет пъти повече от дела на масата на електрода в реално батерийно устройство.
С тази техника се постигат вертикално подредени въглеродни мрежи и канали в електродите, което дава възможност за катоди с висока плътност на електродите за висока обемна производителност и високо масово натоварване (количество наличен активен материал) за висока площна метрична производителност, като същевременно се демонстрира бърз пренос на заряд.
Използването на новоразработените от изследователите по-дебели електроди със способност за бърз пренос на заряд би увеличило процента на активните компоненти и би повишило енергийния капацитет, нормиран спрямо общото тегло на акумулаторния пакет, казва Сун.
Те също така правят батериите компактни поради високата плътност на електродите, което позволява опаковането на повече активни материали в едно и също пространство.
Според Сун следващите стъпки в изследването включват разработване на процес за производство на тези електроди по мащабируем начин и проучване на други стратегии за намаляване на дела на теглото на батерията и осигуряване на повече пространство за батерията в автомобила.
Разглеждаме как да разработим структурни батерии и как да ги интегрираме в структурата на превозното средство. Например, бихме могли да интегрираме батерията в покрива на електромобила, като всъщност я направим част от структурата. В този случай можем значително да намалим теглото на автомобила, тъй като съчетаваме функция и структура.
Всичко важно от света на технологиите, директно в пощата ти.
С абонирането приемате нашите Условия и Политика за поверителност. Може да се отпишете с един клик по всяко време.
Коментирайте статията в нашите Форуми. За да научите първи най-важното, харесайте страницата ни във Facebook, и ни последвайте в Google Новини, TikTok, Telegram и Viber или изтеглете приложението на Kaldata.com за Android, iPhone, Huawei, Google Chrome, Microsoft Edge и Opera!
