Співробітники дослідницького центру Юліх розробили твердотільний літій-іонний акумулятор, який при аваріях і ДТП не займається і не виходить з ладу - а значить, ідеально підходить для створення електромобілів і гібридних автомобілів.

Фахівці вважають, що в майбутньому будуть широко використовуватися твердотільні літій-іонні акумулятори, оскільки вони є найбільш надійними і ефективними з усіх існуючих видів акумуляторів. Заміна рідкого електроліту на твердий зумовила значне підвищення щільності енергії і вирішила проблеми витоку електроліту, перегріву, обгорання і токсичності, з якими вченим доводилося боротися до сьогоднішнього дня.

В ході лабораторних тестів інженери вже продемонстрували прекрасні характеристики осередку. Особливу увагу було приділено кордоні між твердим електролітом і матеріалами електрода, оскільки ця зона має великий вплив на показники ефективності при практичному застосуванні акумуляторів.

Нове покоління літій-іонних акумуляторів

Нова твердотільна літій-іонна батарея має величезний потенціал. У лабораторних умовах осередок пройшла понад 350 циклом заряду-розряду. Цей осередок - представник нового покоління літій-іонних акумуляторів, в яких замість горючої і часто токсичної рідини застосовується твердий електроліт. Така структура має безліч переваг: «вічком не займеться при аварії і не вийде з ладу. Твердотільний електроліт забезпечує збільшення терміну служби, а також завдяки йому акумулятор менш чутливий до температури », - пояснює професор Олівер Гіллон з Інституту дослідження енергії та клімату.

Висока щільність енергії

Розробка літій-іонних батарей особливо актуальна в світлі все більшого поширення мобільних пристроїв і електромобілів. Причина цього криється в основному в високої щільності енергії. «Щільність енергії твердотільних літій-іонних батарей можна підвищити ще більше, якщо з'єднати їх між собою», - говорить керівник наукової групи з вивчення синтезу матеріалів і технологічних процесів. Крім того, на відміну від звичайних акумуляторів з рідким електролітом, твердотільні батареї не потребують системи охолодження і захисній оболонці. Якщо говорити про будівництво автомобілів, то неминучі поштовхи і вібрація не вимагають установки додаткових опорних конструкцій, як для батарей з рідким електролітом.

керамічний електроліт

Завдання електроліту полягає в ізоляції полюсів і передачі іонів літію від анода до катода в процесі розрядки. Замість рідини ці функції може виконувати тверде тіло. Для цього в атомній кристалічній решітці повинні бути вакантні місця. Іони літію переміщаються через тверде тіло, «перескакуючи» з однієї вакансії на іншу.

Тонкий шар електроліту компенсує недоліки

«У твердому електроліті процес протікає трохи повільніше, ніж звичайна дифузія в рідкому електроліті. Виникає опір, перешкоджає переміщенню іонів, що знижує щільність потужності батареї », - пояснює Свен Уленбрук, -« однак це можна компенсувати зниженням товщини шару електроліт. Нашою метою є знизити товщину твердого електроліту до декількох мікрометрів, в той час як при використанні рідкого електроліту відстань між електродами становить 30 мкм ».

Оптимізація прикордонної зони

Один з найбільш складних технічних питань при проектуванні твердотільного акумулятора полягає в способі з'єднання твердого електроліту і твердих електродів. Рідкий електроліт взаємодіє з пористими електродами як з губкою. Однак два твердих речовини не так легко зв'язати один з одним: опір переходу між електродами і електролітом дуже висока. «За допомогою оптимізації методів виробництва нам вдалося знизити взаємне опір переходу осередки з 20 до 2 кΩ / см2», - повідомляє Свен Уленбрук.

Дослідження триває. Наступна мета - шляхом зниження товщини електроліту знизити опір до 50 Ω / см2, щоб щільність енергії за рахунок економії матеріалу зросла ще більше. Це прекрасна перспектива для мобільної електроніки, час роботи якої значно збільшиться з впровадженням твердотільних акумуляторів.

Хочете підписатися на статті електронного журналу "Електрорешенія"?