Litiummetall är en av de bästa kandidaterna för att ersätta grafit som anodmaterial tack vare dess höga teoretiska kapacitet. Problemet är att batterier som använder litiummetallanoder för närvarande har dålig livslängd.
Men tack vare en ny icke brandfarlig dubbel-anjonjonisk flytande elektrolyt kan detta snart förändras.
Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) och Helmholtz Institute Ulm – Electrochemical Energy Storage (HIU) har nu hittat en lösning. Som du rapporterar i Joule magazine, använder du en lovande ny kombination av material. De använder en lågkobolt, nickelrik skiktad katod (NCM88). Detta ger en hög energitäthet. Med den vanliga kommersiellt tillgängliga organiska elektrolyten (LP30) lämnar dock stabiliteten en del övrigt att önska. Lagringskapaciteten minskar när antalet laddningscykler ökar.
Varför det är så, förklarar professor Stefano Passerini, chef för HIU och chef för forskningsgruppen för batterielektrokemi:"I LP30-elektrolyten uppstår partikelsprickor på katoden. Elektrolyten reagerar i dessa sprickor och förstör strukturen. Dessutom bildas ett tjockt, mossliknande litiumhaltigt skikt på katoden. ”Forskarna använde därför en icke-flyktig, icke brandfarlig jonisk flytande elektrolyt med två anjoner (ILE) istället. "Med hjälp av ILE kan de strukturella förändringarna i den nickelrika katoden reduceras avsevärt", rapporterar Dr Guk-Tae Kim från Battery Electrochemistry Research Group vid HIU.
88 procents kapacitet bibehölls över 1 000 laddningscykler
Resultaten:Med katoden NCM88 och elektrolyten ILE uppnår litiummetallbatteriet en energitäthet på 560 wattimmar per kilogram (Wh/kg). Den har initialt en lagringskapacitet på 214 mAh per gram (mAh / g); 88 procent av kapaciteten behålls under 1 000 laddningscykler. Coulomb-effektiviteten, som anger förhållandet mellan indragen och tillförd kapacitet, är i genomsnitt 99,94 procent.
Eftersom det presenterade batteriet också kännetecknas av en hög säkerhetsnivå har forskarna från Karlsruhe och Ulm därmed tagit ett viktigt steg på vägen mot koldioxidneutral mobilitet.
Jämförelse av cykellivslängd av olika elektrolyter i litiummetallbatteri
Till en början märkte jag inte att energitäthetssiffran på 560 Wh/kg som annonserades i pressmeddelandet endast tog hänsyn till vikten av det aktiva materialet (katod och anod), så tack Andrés för upplysningen!
Forskningsdokumentet klargör det.
Den resulterande specifika energin baserad på den totala vikten av det aktiva materialet (anod + katod) beräknas till 564 Wh kg−1 vid 0,1 C och 488 Wh kg−1 vid 0,5 C med den tunna Li-elektroden.
Höjdpunkter
