Inženýrští výzkumníci vyvinuli způsob, jak zabránit škodám, které sužují lithiové baterie nové generace
Datum: 27. října 2023 Zdroj: University of Maryland Shrnutí: Výzkumníci zkoumající, jak selhávají lithiové baterie, vyvinuli novou technologii, která by mohla umožnit vznik elektrických vozidel (EV) nové generace a dalších zařízení, která jsou méně náchylná k požáru baterie a zároveň zvyšují akumulaci energie. Podíl:
Výzkumníci z University of Maryland, kteří studují, jak lithiové baterie selhávají, vyvinuli novou technologii, která by mohla umožnit vznik elektrických vozidel (EV) a dalších zařízení, která jsou méně náchylná k požáru baterie a zároveň zvyšují ukládání energie.
Inovativní metoda, prezentovaná v článku publikovaném ve středu v časopise Příroda, potlačuje růst lithiových dendritů – poškozujících větví podobné struktury, které se vyvíjejí uvnitř takzvaných plně pevných lithiových baterií, což firmám brání v široké komercializaci slibné technologie. Ale tento nový design pro „mezivrstvu“ baterie, vedený profesorem Chunsheng Wang z katedry chemického a biomolekulárního inženýrství, zastavuje tvorbu dendritů a může otevřít dveře pro výrobu životaschopných plně polovodičových baterií pro EV.
Nejméně 750,000 XNUMX registrovaných EV v USA běží na lithium-iontové baterie – oblíbené kvůli jejich vysoké kapacitě energie, ale obsahují hořlavou tekutou složku elektrolytu, která se při přehřátí spálí. I když žádná vládní agentura nesleduje požáry vozidel podle typu auta a požáry baterií elektromobilů se zdají být relativně vzácné, představují zvláštní rizika; Národní rada pro bezpečnost dopravy uvádí, že záchranáři jsou zranitelní vůči bezpečnostním rizikům, včetně úrazu elektrickým proudem a vystavení toxickým plynům vycházejícím z poškozených nebo hořících baterií.
Plně polovodičové baterie by mohly vést k autům, která jsou bezpečnější než současné modely s elektrickým nebo spalovacím motorem, ale vytvoření strategie, jak obejít nevýhody, bylo pracné, řekl Wang. Když jsou tyto baterie provozovány při vysokých kapacitách a rychlostech nabíjení a vybíjení, které elektrická vozidla vyžadují, dendrity lithia rostou směrem ke katodové straně, což způsobuje zkraty a úbytek kapacity.
On a postdoktorand Hongli Wan začali v roce 2021 vyvíjet teorii pro tvorbu růstu lithiového dendritu; zůstává to předmětem vědecké debaty, uvedli výzkumníci.
„Poté, co jsme přišli na tuto část, jsme navrhli myšlenku přepracovat mezivrstvy, které by účinně potlačily růst lithiového dendritu,“ řekl.
Jejich řešení je unikátní díky stabilizaci rozhraní baterie mezi pevným elektrolytem a anodou (kam do baterie vstupují elektrony z obvodu) a elektrolytem a katodou (kde z baterie proudí energie). Nová struktura baterie přidává mezivrstvu bohatou na fluor, která stabilizuje katodovou stranu, a také modifikaci mezivrstvy anody hořčíkem a bismutem – potlačující dendrit lithia.
„Baterie v pevné fázi jsou nové generace, protože mohou dosáhnout vysoké energie a bezpečnosti. Pokud v současných bateriích dosáhnete vysoké energie, obětujete bezpečnost,“ řekl Wang.
Než produkt vstoupí na trh, musí výzkumníci vyřešit další výzvy. Pro komercializaci plně polovodičových baterií budou muset odborníci zmenšit vrstvu pevného elektrolytu, aby dosáhli podobné tloušťky jako elektrolyt lithium-iontových baterií, což zlepší hustotu energie – nebo kolik energie může baterie uložit. Vysoké náklady na základní materiály jsou další výzvou, uvedl tým.
S cílem uvést nové baterie na trh do roku 2026, pokročilý výrobce baterií Solid Power plánuje zahájit zkoušky nové technologie, aby posoudil její potenciál pro komercializaci. Pokračující výzkum má za cíl dále zvýšit hustotu energie, uvedli vědci.
- SOUVISEJÍCÍ TÉMATA
- Hmota a energie
- Baterie
- Energetické technologie
- Energie a zdroje
- Palivové články
- Energie a životní prostředí
- udržitelnost
- Obnovitelná energie
- Věda o životním prostředí
- SOUVISEJÍCÍ POJMY
- Bateriové elektrické vozidlo
- Kondenzátor
- Baterie (elektřina)
- Palivový článek
- Lithium
- Elektrická energie
- Vodní turbína
- Energie
- Hmota a energie
