Naučnici iz Nacionalne laboratorije Lorens Berkli razvili su provodljivi polimerni premaz – nazvan HOS-PFM – koji bi mogao da omogući dugotrajnije, snažnije litijum-jonske baterije za električna vozila.
„Napredak otvara novi pristup razvoju EV baterija koje su pristupačnije i lake za proizvodnju“, rekao je Gao Liu, viši naučnik u oblasti energetskih tehnologija Berkli Lab-a.
HOS-PFM premaz sprovodi i elektrone i jone u isto vreme. Ovo osigurava stabilnost baterije i visoke stope punjenja/pražnjenja, dok produžava vek trajanja baterije. Premaz takođe obećava kao lepak za baterije koji bi mogao da produži životni vek litijum-jonske baterije sa prosečnih 10 godina na oko 15 godina, dodao je Liu.
Da bi demonstrirali vrhunska svojstva provodljivosti i lepljenja HOS-PFM-a, Liu i njegov tim su premazali aluminijumske i silikonske elektrode sa HOS-PFM-om i testirali njihove performanse u litijum-jonskoj bateriji.
Silicijum i aluminijum su obećavajući materijali za elektrode za litijum-jonske baterije zbog njihovog potencijalno velikog kapaciteta skladištenja energije i laganih profila. Ali ovi jeftini i bogati materijali se brzo troše nakon više ciklusa punjenja/pražnjenja. HOS-PFM provodljivo vezivo je napravljeno od netoksičnog polimera koji se transformiše na atomskom nivou kao odgovor na toplotu. Pre zagrevanja: Na sobnoj temperaturi (20 stepeni Celzijusa), alkilni krajnji lanci (crne vijugave linije) na PFM polimernom lancu ograničavaju kretanje litijum jona (crveni krugovi). Nakon zagrevanja: Kada se zagreju na oko 450 stepeni Celzijusa (842 stepena Farenhajta), krajnji lanci alkila se tope, stvarajući prazna „lepljiva“ mesta (plave vijugave linije) koja se „hvataju“ za silicijum ili aluminijumske materijale na atomskom nivou. Polimerni lanci PFM-a se zatim sami sastavljaju u niti nalik špagetima koji se nazivaju „hijerarhijski uređene strukture“ ili HOS. Poput atomskog autoputa, HOS-PFM niti omogućavaju litijum jonima da spoje vožnju sa elektronima (plavi krugovi). Ovi litijum joni i elektroni kreću se sinhronično duž poravnatih provodnih polimernih lanaca. Zasluge: Jenni Nuss/Berkelei Lab
Tokom eksperimenata u Advanced Light Source i Molecular Foundri, istraživači su pokazali da HOS-PFM premaz značajno sprečava degradaciju elektroda na bazi silicijuma i aluminijuma tokom ciklusa baterije dok isporučuje visok kapacitet baterije preko 300 ciklusa, što je stopa performansi koja je jednaka sa današnjim najsavremenijim elektrodama.
Rezultati su impresivni, rekao je Liu, jer litijum-jonske ćelije na bazi silicijuma obično traju ograničen broj ciklusa punjenja/pražnjenja i kalendarskog veka. Istraživači su nedavno opisali ove nalaze u časopisu Nature Energi.
HOS-PFM premaz bi mogao da omogući upotrebu elektroda koje sadrže čak 80% silicijuma. Tako visok sadržaj silicijuma mogao bi povećati gustinu energije litijum-jonskih baterija za najmanje 30%, rekao je Liu. A pošto je silicijum jeftiniji od grafita, standardnog materijala za elektrode danas, jeftinije baterije bi mogle značajno povećati dostupnost električnih vozila početnog nivoa, dodao je on.
Tim zatim planira da sarađuje sa kompanijama na povećanju HOS-PFM-a za masovnu proizvodnju.
