Forebyggelse af lithiumtab for højkapacitets lithium-ion-batterier

Et hold af koreanske forskere har udviklet en behandlingsteknologi til at maksimere energitætheden for batterier med høj kapacitet. Det fælles forskerhold, som består af Dr. Minah Lee og Dr. Jihyun Hong fra Clean Energy Institute, Korea Institute of Science and Technology (KIST), har annonceret udviklingen af ​​en teknologi, der giver en enkel løsning på et vedvarende problem forbundet med siliciumbaserede anode (-) materialer.

For nylig, siliciumanodematerialer, der er i stand til at lagre fire gange flere lithiumioner end grafitanodematerialer i lithium-ion-batterier, har fået stigende opmærksomhed på grund af deres potentiale til at forbedre elbilers kilometertal. Men når opladet i den indledende cyklus, et batteri med en siliciumbaseret anode mister mere end 20 % af de lithiumioner, det bruger til lagring af elektricitet, hvilket resulterer i et problem med reduceret batterikapacitet. For at løse dette problem, forskere har undersøgt en metode til lithium-forladning, eller pre-lithiation, som tilføjer ekstra lithium før batterisamling for at kompensere for lithiumtabet under battericykling. Metoder anvendt hidtil, såsom at bruge lithiumpulver, har ulemper, herunder sikkerhedsrisici og høje omkostninger.

Dr. Lee og Dr. Hong fra KIST har udviklet en teknologi, der muliggør forladning af lithiumioner ved hjælp af en lithiumholdig opløsning i stedet for lithiumpulver, forhindre lithiumtab i en siliciumbaseret anode. At nedsænke en elektrode i den skræddersyede opløsning i kun fem minutter er nok til at opnå en vellykket lithium-forladning, hvorved elektroner og lithiumioner indsættes i den siliciumbaserede anode gennem en spontan kemisk reaktion. I modsætning til den konventionelle metode til at tilføje lithiumpulver til en elektrode, hvilket fører til heterogen lithiumfordeling, den skræddersyede prælithiation-opløsning siver hurtigt ind i en elektrode, sikre homogen levering af lithium til siliciumoxid.

Den prælithierede siliciumbaserede anode udviklet af forskerholdet mister mindre end 1% aktivt lithium i den første opladning, hvilket giver en høj initial batterieffektivitet på 99 % eller højere. Et batteri fremstillet med den prælitherede anode udviste en energitæthed, der var 25 % højere end den for et sammenligneligt batteri ved brug af en grafitanode, der er tilgængelig på markedet (406 Wh/kg-504 Wh/kg).

Dr. Lee, hvem ledede forskningen, sagde, "Ved at inkorporere en beregningsmæssig materialevidenskabsteknik i designet af en optimal molekylær struktur, vi var i stand til at forbedre effektiviteten af ​​en høj kapacitet, siliciumbaseret anode med stormskridt med den enkle metode til blot at kontrollere opløsningens temperatur og reaktionstid. Da denne teknologi er let anvendelig til rulle-til-rulle-processen, der anvendes i eksisterende batteriproduktionsfaciliteter, vores metode har potentiale til at opnå et gennembrud i implementeringen af ​​siliciumbaserede anoder til praktiske batterier."

Medlederforsker Dr. Hong sagde, "Dette samarbejde kunne realiseres, fordi KIST tilskynder til fælles forskning mellem medlemmer fra forskellige forskerhold. Denne prælithationsteknologi kan øge elbilernes kilometertal med minimum 100 km i gennemsnit."