Forskere er ved at udvikle hurtigopladede solid-state batterier

Solid-state batterier indeholder ingen flydende dele, der kan lække eller gå i brand. Af denne grund, de kræver ikke afkøling, og anses for at være meget sikrere, mere pålidelig, og længere holdbarhed end traditionelle lithium-ion-batterier. Juelich-forskere har nu introduceret et nyt koncept, der tillader strømme op til 10 gange større under opladning og afladning end tidligere beskrevet i litteraturen.

Lavstrøm betragtes som en af ​​de største forhindringer i udviklingen af ​​solid-state batterier, fordi batterierne tager relativt lang tid at oplade, normalt omkring 10 til 12 timer i tilfælde af et helt afladet batteri. Den nye celletype, som Jülich-forskere har designet, imidlertid, tager mindre end en time at genoplade.

"Med de begreber, der er beskrevet til dato, kun meget små ladnings- og afladningsstrømme var mulige på grund af problemer ved de interne solid-state-grænseflader. Det er her vores koncept baseret på en gunstig kombination af materialer kommer i spil, og vi har allerede patenteret det, " forklarer Dr. Hermann Tempel, gruppeleder ved Juelich Institute for Energy and Climate Research (IEK-9).

I konventionelle lithium-ion-batterier, der anvendes en flydende elektrolyt, som normalt kontakter elektroderne meget godt. Med deres teksturerede overflader, elektroderne opsuger væsken som en svamp, skabe et stort kontaktområde. I princippet, to faste stoffer kan ikke forbindes sømløst. Kontaktmodstanden mellem elektroderne og elektrolytten er tilsvarende høj. "For at tillade det størst mulige flow af strøm over laggrænserne, vi brugte meget lignende materialer til at fremstille alle komponenter. Anoden, katode, og elektrolyt blev alle fremstillet af forskellige fosfatforbindelser for at muliggøre opladningshastigheder på mere end 3C (ved en kapacitet på ca. 50 mAh/g). Dette er ti gange højere end de værdier, der ellers findes i litteraturen, " forklarer Hermann Tempel.

Den faste elektrolyt tjener som et stabilt bæremateriale, hvorpå der påføres fosfatelektroder på begge sider ved hjælp af silketrykprocessen. De anvendte materialer er rimelige og forholdsvis nemme at bearbejde. I modsætning til konventionelle lithium-ion-batterier, det nye solid-state batteri er også stort set fri for giftige eller skadelige stoffer.

"I de indledende tests, den nye battericelle var meget stabil over 500 op- og afladningscyklusser og beholdt over 84 procent af sin oprindelige kapacitet, " sagde Dr. Shicheng Yu. "Der er stadig plads til forbedringer her. Teoretisk set, et kapacitetstab på mindre end 1 procent burde endda være muligt, " sagde Yu, som udviklede og testede batteriet som en del af et China Scholarship Council (CSC) finansieringsprogram ved Jülich Institute for Energy and Climate Research (IEK-9).

Instituttets direktør prof. Ruediger-A. Eichel er også overbevist om fordelene ved det nye batterikoncept. "Energitætheden er allerede meget høj på omkring 120 mAh/g, selvom det stadig er lidt under det for nutidens lithium-ion-batterier, " siger Eichel. Ud over udviklingen for elektromobilitet, talsmanden for "batterilagring"-emnet i Helmholtz Foreningen mener, at solid-state batterier også vil blive brugt på andre områder i fremtiden:"Solid-state batterier udvikles i øjeblikket med prioritet som energilager til næste generation af elbiler. Men Vi tror også på, at solid-state batterier vil være fremherskende i andre anvendelsesområder, der kræver lang levetid og sikker drift, såsom medicinsk teknologi eller integrerede komponenter i smart home-området, " siger Eichel.