Forskere udvikler EV-batterimaterialer med høj kapacitet, der fordobler rækkevidden

Dr. Hun-Gi Jung og hans forskerhold ved Center for Energy Storage Research ved Korea Institute of Science and Technology (KIST, Præsident Lee Byung Gwon) har annonceret udviklingen af ​​siliciumanodematerialer, der kan firedoble batterikapaciteten sammenlignet med grafitanodematerialer og muliggøre hurtig opladning til mere end 80 % kapacitet på kun fem minutter. Når det anvendes på batterier til elektriske køretøjer, de nye materialer forventes at mere end fordoble deres driving range.

Batterierne, der i øjeblikket er installeret i masseproducerede elektriske køretøjer, bruger grafitanodematerialer, men deres lave kapacitet bidrager til, at elektriske køretøjer har en kortere rækkevidde end køretøjer med forbrændingsmotorer. Følgelig, silicium, med en energilagringskapacitet 10 gange større end grafit, har tiltrukket sig opmærksomhed som næste generations anodemateriale til udvikling af langrækkende elektriske køretøjer. Imidlertid, siliciummaterialer er endnu ikke blevet kommercialiseret, fordi deres volumen udvides hurtigt, og lagerkapaciteten falder betydeligt under opladnings- og afladningscyklusser, hvilket begrænser kommercialiseringen. En række metoder er blevet foreslået til at forbedre stabiliteten af ​​silicium som et anodemateriale, men omkostningerne og kompleksiteten af ​​disse metoder har forhindret silicium i at erstatte grafit.

For at øge stabiliteten af ​​silicium, Dr. Jung og hans team fokuserede på at bruge materialer, der er almindelige i vores hverdag, såsom vand, olie, og stivelse. De opløste stivelse og silicium i vand og olie, henholdsvis, og derefter blandet og opvarmet dem for at fremstille kulstof-silicium-kompositter. En simpel termisk proces, der blev brugt til at stege mad, blev brugt til at fastgøre kulstof og silicium, forhindrer siliciumanodematerialerne i at udvide sig under opladnings- og afladningscyklusser.

De kompositmaterialer, der er udviklet af forskerholdet, demonstrerede en kapacitet, der er fire gange større end den for grafitanodematerialer (360mAh/g - 1, 530mAh/g) og stabil kapacitetsopbevaring over 500 cyklusser. Det blev også fundet, at materialerne gør det muligt for batterier at oplade til mere end 80 % kapacitet på kun fem minutter. Kulstofkugler forhindrer den sædvanlige volumenudvidelse af silicium, derved øger stabiliteten af ​​siliciummaterialer. Også, brugen af ​​stærkt ledende kulstof og omlægningen af ​​siliciumstrukturen resulterede i et højt output.

"Vi var i stand til at udvikle kulstof-silicium kompositmaterialer ved hjælp af almindelige, hverdagsmaterialer og enkle blandings- og termiske processer uden reaktorer, " sagde Dr. Jung, ledende forsker for KIST-teamet. Han fortsatte, "De simple processer, vi tog i brug, og de kompositter med fremragende egenskaber, som vi udviklede, vil med stor sandsynlighed blive kommercialiseret og masseproduceret. Kompositterne kunne anvendes til lithium-ion-batterier til elektriske køretøjer og energilagringssystemer (ESS)."

Forskningsresultaterne blev offentliggjort i det seneste nummer af Nano bogstaver .