Uzņēmums CATL veica litija-metāla akumulatoru (LMB) analīzi, lai palielinātu to enerģijas blīvumu, neietekmējot to kalpošanas ilgumu.
Satura rādītājs
Elektromobiļu akumulatoru ķīmiskais sastāvs ir sarežģīts, un, lai izveidotu akumulatorus, kas nodrošina gan veiktspēju, gan ilgmūžību, ir jābalansē daudzi faktori. Daudzi uzskata, ka litija-metāla akumulatori (LMB) ir nākamais lielais sasniegums šajā nozarē, bet tiem ir būtiska problēma, kas saistīta ar šo divu faktoru līdzsvaru.
Tagad CATL, pasaulē lielākais akumulatoru ražotājs, ir paziņojis par revolucionāru risinājumu, kas publicēts žurnālā Nature Nanotechnology un balstās uz akumulatoru kvantitatīvo kartēšanu.
Problēma ar LMB akumulatoriem
Saskaņā ar CATL datiem šis izrāvienis ļauj “izstrādāt LMB ar augstu enerģijas blīvumu un ilgu kalpošanas laiku, risinot senu problēmu šajā jomā. Optimizētais prototips sasniedzis 483 ciklu kalpošanas laiku un var tikt iekļauts progresīvos izstrādājumos, lai sasniegtu enerģijas blīvumu, kas pārsniedz 500 W·h/kg”.
LMB izceļas ar augstu enerģijas blīvumu, tāpēc tos uzskata par nākamās paaudzes akumulatoru sistēmu tādām lietojumprogrammām kā elektromobiļi. Tomēr problēma ir tā, ka ir grūti atrast līdzsvaru starp blīvumu un kalpošanas ilgumu.
Uzlabot pirmo, ko mēģināja “optimizējot solvatācijas struktūras un cietā elektrolīta saskarnes”, ir iespējams, bet tajā pašā laikā ir jāiet uz kompromisu: samazinās to kalpošanas laiks, kas padara tos komerciāli neizdevīgus. Tieši šo problēmu risina CATL izstrādātais risinājums.
Tas ir sava veida tehnisks risinājums, ko uzņēmums skaidro šādi: “Tika izstrādāts un uzlabots analītisko metožu kopums, lai izsekotu aktīvā litija un katra elektrolīta komponenta attīstību baterijas dzīves cikla laikā. Šī pieeja ir pārvērtusi “melnās kastes” par “baltām kastēm”, atklājot kritiskos izsīkšanas ceļus, kas izraisa elementa atteici.”
Tika atklāts, ka, pretēji plaši izplatītajam uzskatam, elementu darbības traucējumu cēloņi nav tie, kas tika izskatīti iepriekš (šķīdinātāja degradācija, mirušā litija uzkrāšanās vai solvatacijas vides izmaiņas), bet drīzāk pastāvīga elektrolīta sāls LiFSI patēriņa, kas sasniedz 71 % līdz kalpošanas beigām. Tādējādi var secināt, ka elektrolīta izturība ir kritisks faktors, lai nodrošinātu akumulatora nepārtrauktu darbību.
Augstāka enerģijas blīvums un ilgāks dzīves cikls
Taču CATL ne tikai atklāja problēmu, bet arī atrada risinājumu. Zīmols optimizēja elektrolīta formulu, ieviešot šķīdinātāju ar zemāku molekulmasu. Tādējādi, nepalielinot elektrolīta masu, tika samazināta tā viskozitāte un uzlabota vadītspēja, kas divkāršoja tā kalpošanas laiku līdz 483 cikliem, kā arī padarīja to saderīgu ar enerģijas blīvumu virs 500 W·h/kg.
Lai to labāk izprastu, nozarē tiek pētīti arī citi virzieni, no kuriem galvenais ir cietvielu baterijas. Nesenais piemērs ir Stellantis un Factorial izstrādātās akumulatoru baterijas, kas piedāvā modeli ar enerģijas blīvumu 375 W·h/kg, t. i., šis jaunais formāts to pārsniegs par 33 %.
Ouyang Chuin, CATL pētniecības un attīstības līdzprezidents un Lab 21C izpilddirektora vietnieks, skaidro: “Mēs redzējām vērtīgu iespēju apvienot akadēmiskos pētījumus ar praktisku pielietojumu komerciālos akumulatoru elementos. Mūsu secinājumi uzsver, ka LiFSI sāls patēriņš, un jo īpaši kopējā sāls koncentrācija, ir kritiski svarīgs faktors, kas nosaka akumulatora kalpošanas ilgumu.”
