Forskere udvikler ny elektrodestruktur til hel-solid-state sekundært batteri

Sydkoreanske forskere har udviklet en ny type elektrodestruktur til hel-solid-state sekundære batterier. Hvis denne teknologi bliver taget i brug, batteriernes energitæthed kan stige betydeligt sammenlignet med eksisterende teknologier, bidrager gevaldigt til udviklingen af ​​højtydende sekundære batterier.

Et fælles forskerhold fra Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI) og Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi (DGIST) har designet en ny elektrodestruktur til hel-solid-state sekundære batterier efter at have identificeret mekanismen for let lithium-ion diffusion mellem aktive materialer. De har offentliggjort deres resultater i ACS Energibreve , et internationalt online akademisk tidsskrift med speciale i energisektoren, som drives af American Chemical Society (ACS).

I modsætning til primære celler, som kun kan bruges én gang, sekundære batterier kan genoplades og bruges gentagne gange. Betydningen af ​​sekundær batteriteknologi for robotter, elbiler, energilagringssystemer (ESS) og droner vokser år for år.

All-solid-state sekundære batterier bruger en fast elektrolyt til at transportere ioner i batterielektroder. Faste elektrolytter er sikrere end flydende elektrolytter, som kan forårsage brand. I øvrigt, faste elektrolytter kan implementeres i en bipolær type sekundær celle for at øge energitætheden ved en simpel batterikonfiguration.

Elektrodestrukturen af ​​en konventionel sekundærcelle i fast tilstand består af en fast elektrolyt, der er ansvarlig for ionledning, et ledende additiv, der tilvejebringer midlerne til elektronledning; aktivt materiale ansvarligt for lagring af energi; og et bindemiddel, der holder disse bestanddele fysisk og kemisk.

ETRI-forskere opdagede gennem systematiske eksperimenter, imidlertid, at ioner transporteres selv mellem grafitaktive materialepartikler. Og de foreslog en ny type elektrodestruktur til en sekundær celle i fast tilstand, der kun består af det aktive materiale og bindemidlet. Forskerne bekræftede muligheden for, at selv uden et fast elektrolytadditiv i elektroderne, ydeevnen af ​​en hel-solid-state sekundær celle kunne være overlegen.

Den teoretiske gennemførlighed af den nye struktur foreslået af ETRI blev verificeret hos DGIST gennem elektrokemisk test af en virtuel model, der kører på en supercomputer. ETRI-forskere lykkedes med at demonstrere denne struktur i et egentligt eksperiment. Resultatet er en diffusionsafhængig faststofelektrode.

Hvis ETRIs teknologi bliver adopteret, fast ledningsadditivmateriale bliver unødvendigt i elektroden; i stedet, det mere aktive materiale kan presses ind i samme volumen. Med andre ord, mængden af ​​aktivt materiale i elektroden kan stige med op til 98 vægt% og som et resultat, energitætheden kan gøres 1,5 gange større end den konventionelle grafitkompositelektrode.

Teknologien giver også fordele i fremstillingsprocessen aspekter. Faste elektrolytter af sulfidtypen, som har høj ionledningsevne og moderat plasticitet, betragtes som en fremragende kandidat til fremstilling af hel-solid-state batterier. Men på grund af dens høje kemiske reaktivitet, de faste elektrolytter af sulfidtypen efterlader batteriudviklere med meget få muligheder, når det kommer til opløsningsmidler og bindemidler. I modsætning, med den nye ETRI elektrode, udviklere kan frit vælge den type opløsningsmiddel og bindemiddel, der skal bruges i batteriet, fordi elektroden ikke indeholder faste elektrolytter, der er meget reaktive. Dette giver også forskere mulighed for at forfølge nye tilgange til at forbedre ydeevnen af ​​sekundære celler i fast tilstand.

Dr. Young-Gi Lee, hvem var involveret i denne forskning, sagde, "Vi har for første gang afsløret, at ioner kan diffunderes kun med aktive materialer. Vi er ikke længere bundet til den struktur, der bruges i eksisterende sekundære celler i fast tilstand. Vi planlægger at udvikle sekundære celler med selv høje energitætheder, ved at bruge denne teknologi. Vi vil også sikre vores rettigheder til kerneteknologien og arbejde på en version, der kunne kommercialiseres."

Selvom ETRI udførte sin forskning ved hjælp af grafit katode aktivt materiale, det har til hensigt at fortsætte sin forskning baseret på det samme koncept ved hjælp af forskellige andre elektrodematerialer. Den planlægger også at forbedre teknologien for at øge effektiviteten. Dette kan opnås ved at eliminere grænsefladeproblemerne mellem elektroderne og fortynde elektrodernes volumen.