Вчені збільшили щільність енергії батарей у 2 рази за допомогою тонкої плівки

Дослідники з Національної лабораторії Оук-Рідж (ORNL) використали гнучкі та міцні листи електролітів, щоб підвищити ефективність твердотільних акумуляторів і налагодити їхнє масове виробництво, пише interestingengineering.com.

За словами дослідників, поділ позитивних і негативних електродів забезпечить високопровідні шляхи для потоку іонів і запобіжить коротким замиканням.

Нова розробка поліпшила більш ранню інновацію ORNL, змінивши полімерні компоненти для кращої роботи з твердотільними сульфідними електролітами.

Провідність пластикового полімеру, використовуваного в сучасних твердотільних електролітах, які проводять іони, істотно нижча порівняно з рідкими електролітами. Рідкі електроліти іноді додають у полімерні електроліти для підвищення продуктивності. Сульфідний твердотільний електроліт має іонну провідність і дозволяє літію переміщатися вперед і назад під час процесу заряду/розряду.

Дослідники виявили, що молекулярна маса полімерних сполучних відіграє ключову роль у довговічності твердотільних електролітних плівок. Плівки з низькомолекулярними сполучними речовинами з коротшими полімерними ланцюгами насилу утримують контакт з електролітним матеріалом через недостатню міцність. А високомолекулярні сполучні з довшими полімерними ланцюгами забезпечують більшу структурну стабільність. Ба більше, плівки з довголанцюговими сполучними речовинами вимагають менше матеріалу для досягнення ефективної іонної провідності.

Вчені намагалися зменшити кількість використовуваного полімерного сполучного, оскільки воно не проводить іони. Основна роль сполучного полягає в утриманні частинок електроліту всередині плівки. Хоча збільшення кількості сполучного може поліпшити якість плівки, воно також знижує іонну провідність. З іншого боку, використання меншої кількості сполучного покращує іонну провідність, але негативно впливає на якість плівки.

Для детального аналізу використовували скануючу електронну мікроскопію, енергодисперсійну рентгенівську спектроскопію та наноіндентування, а вимірювання синхротронного випромінювання виявили морфологію частинок. Передові методи були необхідні для вивчення складних деталей листа сульфідного твердотільного електроліту, що дало змогу дослідникам поліпшити іонну провідність і стабільність електроліту.

Розробники планують створити пристрій, здатний інтегрувати тонку плівку в негативні та позитивні електроди наступного покоління, що дасть їм змогу перевірити її продуктивність у реальних умовах роботи батареї. Потім вони будуть співпрацювати з дослідниками з промисловості, академічних кіл та уряду для подальшого розроблення та тестування тонкої плівки в різних пристроях.

Раніше ми писали, що органічна батарея на основі нафталіну витримала 850 циклів, зберігши 99,95% ємності. Під час випробувань проточна батарея "з нафталіну" при використанні з електролітом 1,5 моль/л продемонструвала стабільну продуктивність протягом 40 днів.