Bolje baterije sa efikasnijim elektrodama
Da bi poboljšali performanse i proizvodnju baterija, istraživači i saradnici Penn State-a razvili su novi pristup proizvodnji koji bi mogao da omogući efikasnije baterije koje održavaju nivoe energije i snage.
Poboljšani metod za proizvodnju baterijskih elektroda može dovesti do baterija visokih performansi koje bi omogućile energetski efikasnija električna vozila, kao i takve prednosti kao što je poboljšanje skladištenja električne energije, prema Hongtao Sunu, docentu industrijskog i proizvodnog inženjerstva u Penn State, i koautoru studije, koja je objavljena u Carbonu.
„Sa trenutnim baterijama, želimo da nam omoguće da vozimo automobil na veće udaljenosti, i želimo da napunimo automobil za možda pet ili deset minuta, uporedivo sa vremenom koje je potrebno da se napuni gorivo“, rekao je Sun. „U našem radu smo razmatrali kako to možemo postići tako što ćemo elektrode i ćelije baterije učiniti kompaktnijim, sa većim procentom aktivnih komponenti i manjim procentom pasivnih komponenti.
Ako proizvođač električnih automobila želi da poboljša razdaljinu vožnje svojih vozila, dodaju još baterijskih ćelija, koje se broje u hiljadama. Što je manji i lakši, to bolje, navodi Sun.
„Rešenje za veće udaljenosti vožnje za električno vozilo je samo dodavanje kompaktnih baterija, ali sa gušćim i debljim elektrodama“, rekao je Sun, objašnjavajući da bi takve elektrode mogle bolje da se povežu i napajaju komponente baterije, čineći ih aktivnijim. „Iako ovaj pristup može malo smanjiti performanse baterije po težini elektrode, značajno poboljšava ukupne performanse vozila smanjenjem težine paketa baterija i energije potrebne za kretanje električnog vozila.
Efikasnije elektrode – neka vrsta kapije za električnu energiju u bateriji – mogle bi pomoći da se postigne baterija sa većim procentom aktivnih komponenti.
„Ako razmišljate o osnovnim komponentama unutar baterije, samo elektroda doprinosi performansama baterije“, rekao je Sun. „Ostali delovi kao što su pakovanje, separator, strujni kolektor i tako dalje, sve su to pasivne komponente koje dodaju težinu i uopšte ne doprinose performansama baterije. Ako želimo da poboljšamo performanse baterije, moramo da radimo na materijalima elektroda baterije i da maksimiziramo njihov procenat težine u ćeliji baterije.
Prethodni pokušaji da se poboljšaju performanse baterije putem boljih elektroda fokusirali su se na samo jednu metriku, koja nije bila toliko efikasna jer je baterija tada bila loša u odnosu na druge kompromisne metrike. Na primer, kada baterija daje prednost visokim gravimetrijskim performansama (količina energije koju može da uskladišti u odnosu na svoju težinu), to može dovesti do smanjenih performansi prostornih metrika (koliko napunjenosti može da uskladišti po jedinici površine) i/ili smanjenih volumetrijskih performansi (količina isporučenog punjenja u odnosu na veličinu baterije).
Sun i njegov istraživački tim fokusirali su se na izradu debljih elektroda sa optimizovanim putevima transporta naelektrisanja, sa ciljem da omoguće visoke performanse u sve tri metrike: površinskoj, volumetrijskoj i gravimetrijskoj.
Da bi prevazišli izazov deblje elektrode koja ima lošu kinetiku transporta naelektrisanja, istraživači su razvili metod za primenu Spark Plasma Sintering (SPS) na elektrode. SPS je energetski efikasna tehnika koja koristi toplotu i pritisak za sabijanje i zgušnjavanje materijala u čvrsti predmet, kao što je elektroda.
„SPS nam je omogućio da napravimo veoma debelu i gustu elektrodu“, rekao je Sun. „Tipična debljina elektrode baterije je samo oko 50 mikrona do 100 mikrona, ali sada, u ovom radu, govorimo o 300 mikrona, 500 mikrona. To je pet puta veće od proporcije mase elektrode u pravom baterijskom uređaju.
Korišćenje novo dizajniranih debljih elektroda istraživača sa mogućnošću brzog transporta punjenja povećalo bi procenat aktivnih komponenti i povećalo energetski kapacitet normalizovan ukupnom težinom paketa baterija, rekao je Sun. Takođe čine baterije kompaktnim zbog velike gustine elektroda, što omogućava pakovanje više elektrodnih aktivnih materijala u istom prostoru.
Izvor: techbriefs.com
