Korėjos mokslininkų komanda sukūrė sausojo proceso akumuliatoriaus elektrodą, kuris maždaug 75 % sumažina pradinį talpos nuostolį ir gali padidinti elektromobilių nuvažiuojamą atstumą apie 20 %.
UNIST universitete profesoriaus Won-Jin Kwak vadovaujama tyrėjų grupė, bendradarbiaudama su profesoriumi Junghyun Choi iš Gachon universiteto ir profesoriumi Janghyuk Moon iš Chung-Ang universiteto, išsprendė seniai žinomą storų, sausu būdu gaminamų elektrodų problemą – prastą jonų judrumą ir didelius negrįžtamus ličio nuostolius per pirmąjį įkrovimo–iškrovimo ciklą.
Stori elektrodai laikomi svarbia ateities akumuliatorių technologijų kryptimi, nes jie padidina energijos tankį: į tą patį plotą galima sutalpinti daugiau aktyviosios medžiagos. Be to, tokie elektrodai gaminami nenaudojant toksiškų tirpiklių, todėl yra aplinkai palankesni nei įprasti, šlapiuoju būdu dengiami elektrodai.
Vis dėlto didesnis aktyviojo sluoksnio storis ir sausojo proceso rišikliai neretai lemia netolygų kietojo elektrolito tarpsluoksnio susidarymą, o kartu – didelius ličio nuostolius pirmajame cikle.
Siekdami tai išspręsti, mokslininkai tarp anodo aktyviosios medžiagos sluoksnio ir varinio srovės kolektoriaus įterpė ploną ličio metalo plėvelę. Skirtingai nei įprastas sukibimą gerinantis gruntas, ši plėvelė vienu metu atlieka kelias funkcijas.
Vienas sluoksnis – trys funkcijos
Ličio metalo plėvelė veikia kaip sukibimo sluoksnis, galintis pakeisti gruntą, ir kartu tampa ličio šaltiniu, kompensuojančiu pradinius negrįžtamus nuostolius.
Veikiant elektrocheminiam potencialui, ličio atomai iš plėvelės migruoja į aktyviosios medžiagos sluoksnį, skatina tolygesnį tarpsluoksnio susidarymą ir mažina pirmojo ciklo talpos nuostolį.
Eksperimentai parodė, kad elementai su naująja konfigūracija patiria maždaug 75 % mažesnį pradinį talpos nuostolį nei tradiciniai stori sausojo proceso elektrodai. Pilnų elementų bandymai su silicio–grafito anodais ir NCM811 katodais atskleidė didesnį pradinį kolombinį efektyvumą bei geresnį ciklinį stabilumą.
Mokslininkų teigimu, toks pagerėjimas gali reikšti apie 20 % didesnę elektromobilių ridą.
Kartu šis sprendimas panaikina atskiro šlapio cheminio grunto dengimo ir džiovinimo etapų poreikį, todėl gamyba tampa paprastesnė.
Pirmasis darbo autorius, UNIST tyrėjas Hyun-Wook Lee, paaiškino, kad ši technika leidžia vienu metu atlikti anodo preliminarų prisotinimą ličiu ir užtikrinti elektrodo sukibimą. Pasak jo, tai efektyvus procesas, kurį galima tiesiogiai integruoti į esamas ritininės (angl. roll-to-roll) gamybos linijas, veikiančias panašiu principu kaip laikraščių spausdinimo presai, todėl metodas tinka didelės apimties gamybai.
Sausasis procesas – didesnė nauda
Profesorius Kwak pabrėžė, kad sausojo elektrodo dengimo technologiją aktyviai vysto pasaulinės bendrovės, o sukurtoji anodo technologija yra suderinama su įvairiomis katodų medžiagomis, įskaitant didelio nikelio kiekio katodus. Jo teigimu, tai gali suteikti akumuliatorių pramonei konkurencinį pranašumą.
Pašalinus gruntą ir preliminarų prisotinimą ličiu integravus į vieną sausą etapą, atsiranda prielaidos visiškai sausajai gamybos linijai. Tai gali mažinti gamybos sąnaudas išlaikant aukštus eksploatacinius rodiklius ir kartu spręsti ekonominius bei techninius storų elektrodų gamybos mastelio didinimo iššūkius.
Komandos metodas paremtas apatiniu ličio metalo sluoksniu, kuris naudojamas preliminariam prisotinimui – strategijai, skirtai pagerinti jonų transportą ir stabilizuoti elektrodo sąsają neapsunkinant proceso.
Suderinamumas su didelio nikelio kiekio cheminėmis sistemomis, tokiomis kaip NCM811, atitinka pramonės siekį didinti elektromobilių akumuliatorių energijos tankį.
