Novo istraživanje objavljeno u časopisu Napredak energetskih materijala ima značajne implikacije na budućnost baterija visoke gustine energije.
„Litijum-jonske baterije su pokazale značajan uspeh u poslednjih 30 godina, ali njihova gustina energije se približava granici, što je navelo istraživače da istraže praktične primene baterija sledeće generacije visoke gustine energije“, rekao je autor rada Sen Ksin, profesor u ključnoj laboratoriji CAS za molekularnu nanostrukturu i nanotehnologiju, CAS istraživačko/obrazovni centar za izvrsnost u molekularnim naukama, Institut za hemiju Kineske akademije nauka.
„Razvoj litijum metalnih baterija sa visokom bezbednošću i stabilnošću biciklizma je imperativ.
Ksin je istakao prednosti LMB-a, posebno njihovu visoku specifičnu gustinu energije na nivou ćelije, koja se postiže visokim specifičnim kapacitetom i malim negativnim potencijalom litijum metalnih anoda. Kada su spojeni sa visokonaponskim katodama kao što su slojeviti oksidi bogati Ni, LMB mogu premašiti specifičnu gustinu energije od 450 Vh kg -1 na nivou ćelije.
Međutim, zabrinutost za bezbednost i loša stabilnost ciklusa ometali su njihovu praktičnu primenu, uglavnom zbog zapaljivih supstanci i lošije hemijske/elektrohemijske kompatibilnosti homogenih organskih tečnih elektrolita.
Transformacija tečnih elektrolita u čvrsta stanja ima potencijal da poboljša bezbednost i stabilnost baterije na interfejsu elektroda/elektrolit. Međutim, praktična primena LMB-a nameće stroge zahteve za elektrolite, posebno imajući u vidu različite zahteve na strani katode i anode.
Prema Ksin-u, katoda zahteva da elektrolit izdrži visoke napone oksidacije, dok anoda zahteva da izdrži reducibilnost metalnog litijuma. Pored toga, elektrolit mora biti fleksibilan da bi se obezbedio blizak kontakt sa trodimenzionalnom poroznom katodnom elektrodom i da poseduje visoku čvrstoću da spreči proliferaciju dendrita litijum metala.
„Homogeni elektroliti se često bore da ispune konfliktne zahteve katodne i anodne strane“, primetio je Ksin.
Umesto homogenih elektrolita, Ksin i njegov tim su predložili novi vatrootporni kvazičvrsti polimerni elektrolit sa asimetričnom strukturom dizajniranom da ispuni stroge zahteve visokonaponskih LMB.
„Konkretno, fleksibilni polimerni elektrolit na bazi PVDF-HFP, koji uključuje organofosfate koji usporavaju plamen, razvijen je na strani katode. Ovaj elektrolit ne samo da je postigao čvrst kontakt sa trodimenzionalnom poroznom elektrodom, već je pokazao i svojstva usporavanja plamena, efikasno hvatajući potencijalni radikali kiseonika“, objasnio je Lin. „Ovaj dizajn je pokazao odličnu kompatibilnost i poboljšanu termičku stabilnost kada je uparen sa visokonaponskim slojevitim materijalima bogatim Ni.“
„Istovremeno, tanak, ali robustan polieterski elektrolit konstruisan je na licu mesta na litijum metalnim anodama, proširujući kompatibilnost vatrootpornog elektrolita sa litijum metalom dok je istovremeno ublažavao rast litijum dendrita“, dodao je Ksin.
Kao rezultat toga, asimetrični elektroliti otporni na vatru koji se koriste u visokonaponskim LMB-ovima pokazali su značajno poboljšane bezbednosne performanse i stabilnost u vožnji, označavajući značajan napredak u oblasti tehnologije skladištenja energije.
„Litijum-jonske baterije su decenijama komercijalne upotrebe, ali uprkos opsežnim istraživanjima, izgledi za značajno povećanje njihove gustine energije izgledaju ograničeni“, istakao je Ksin. „U našoj potrazi za napretkom, sada usmeravamo našu pažnju na čvrste litijum-metalne baterije. Važno je naglasiti da je ova oblast istraživanja još uvek u početnoj fazi i da će zahtevati značajna i stalna istraživanja kako bi se ova dostignuća prevela u praktična primena.“
