Korejski znanstvenici udvostručili su gustoću energije baterija električnih automobila

Južnokorejski istraživači predstavili su značajan napredak koji bi mogao znatno povećati domet električnih vozila i smanjiti zabrinutost oko performansi baterije po hladnom vremenu. Njihova studija opisuje litij-metalnu bateriju bez anode koja gotovo udvostručuje gustoću energije bez povećanja veličine baterijskog sklopa. Ovaj proboj rezultat je suradnje između POSTECH-a, KAIST-a i Sveučilišta Gyeongsang. Istraživači vjeruju da bi ovaj pristup mogao utjecati na buduće dizajne baterija za električna vozila.

Tim, predvođen profesorom Soojin Parkom i dr. Dong-Yeobom Hanom, postigao je volumetrijsku gustoću energije od 1270 Wh/L, što je gotovo dvostruko više od približno 650 Wh/L koliko postižu današnje litij-ionske baterije u električnim vozilima. Ključna prednost je uklanjanje grafitne anode. Tijekom punjenja, litijevi ioni s katode talože se izravno na bakreni kolektor, oslobađajući unutarnji prostor i omogućujući pakiranje više aktivnog materijala u isti volumen.

Međutim, baterije bez anode tehnički su izazovne. Neravnomjerno punjene litijem mogu uzrokovati stvaranje dendrita, koji mogu probiti unutarnje slojeve i uzrokovati kratke spojeve. Osim toga, ponovljeni ciklusi punjenja i pražnjenja oštećuju površinu litija i skraćuju vijek trajanja ćelije.

Kako bi prevladali ove probleme, istraživači su koristili kombinaciju reverzibilnog domaćina (RH) i dizajniranog elektrolita (DEL). RH je polimerni okvir sa srebrnim nanočesticama koji usmjerava jednolično punjenje litijem. DEL stvara stabilan zaštitni sloj Li₂O i Li₃N koji sprječava stvaranje dendrita, a istovremeno omogućuje brzo kretanje iona.

Kombinacija relativne vlažnosti (RH) i deterdženta otpora (DEL) osigurala je stabilan rad čak i u zahtjevnim uvjetima. Pri 4,6 mAh/cm² i 2,3 mA/cm², ćelija je zadržala početni kapacitet od 81,9 % nakon 100 ciklusa i postigla kolumbijsku učinkovitost od 99,6 %. Ova svojstva omogućila su rekordnu gustoću energije od 1270 Wh/L.

Tehnologija je također testirana u vrećičastim ćelijama, sličnim onima koje se koriste u električnim vozilima, i pokazala se stabilnom čak i s vrlo malo elektrolita, što sugerira lakše baterije, lakšu proizvodnju i bolju komercijalnu isplativost.