Højhastigheds- og langtidsholdbart lithium-ion-batteri med forbedret ydeevne ved lav temperatur gennem en prælithieringsstrategi

Når det er koldt om vinteren, biler har en tendens til at have startproblemer. Dette er ikke meget bedre med elbiler, som uundgåeligt mister kapaciteten af ​​deres genopladelige lithium-ion-batterier ved frostgrader. Nu, Kinesiske videnskabsmænd har tilbudt en strategi for at undgå at dykke batterikinetikken. I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie , de designede et batterisystem med en kuldeholdbar anode af hårdt kulstof og en kraftig lithium-rig katode, med det vigtige indledende lithieringstrin integreret.

"Ikke-grafitiserbart" eller "hårdt" kulstof er en lovende, lavpris anodemateriale i batteriteknologi. Selv ved lave temperaturer, det udviser hurtig interkalationskinetik af lithiumioner. Under opladning/afladning af en battericelle, lithium-ioner migrerer fra katoden gennem en elektrolyt til anoden og omvendt. Hvis det anodiske materiale, som ofte er grafit, indeholder forlagret lithium, volumenændringen af ​​de indkommende lithium-ioner udjævnes for at sikre en længere cellelevetid og hurtigere ladnings-/afladningskinetik. Prelithiated hard carbon er bevist som et robust materiale i lithium-ion kondensatorer. Imidlertid, prælithiationsprocessen, som involverer en ren lithiumelektrode, er kompliceret og dyrt. Alternative prælithiationsstrategier foretrækkes derfor af Yonggang Wang og hans team på Fudan University, Shanghai, Kina.

I stedet for den ekstra lithiumelektrode, de introducerede en lithiumrig vanadiumphosphatelektrode både til litiering og normal batteridrift. Katoden mister nogle af sine lithium-ioner til anoden i den første opladningsproces, hvor de indskydes og opbevares. Derefter, forskerne kombinerede den lithium-reducerede vanadiumphosphat-katode og den prælithierede hard-carbon-anode (LixC) for at danne et fungerende lithium-ion-batterisystem. Denne fulde celle "beholder de høje energitæthedskarakteristika for konventionelle lithium-ion-batterier og udviser den superkondensatorlignende høje effekt og lang levetid, " forklarede forskerne. Desuden, den holder omkring to tredjedele af sin kapacitet ved temperaturer helt ned til minus 40 grader Celsius. Konventionelle lithium-ion-batterier bevarer kun 10 procent. "Denne præstation stammer fra vanadiumphosphatkatodens iboende lavtemperaturevne og den hurtige kinetik af den prælithierede hårde carbonanode, " sagde forfatterne. Mange yderligere test viste, at disse batterier opfyldte de andre parametre for elektrokemiske celler.

En fejl, stadig, er den elektrolyt, der mister ledningsevne under ekstremt kolde forhold. Hvis dette punkt er løst, dette system kan give et attraktivt design for den bedste ydeevne, vinterholdbare elbilmotorer.