Репортаж от Wedoany，Исследователи из лаборатории Джулии Р. Грир (Julia R. Greer) в Калифорнийском технологическом институте (Caltech) разработали новый метод создания трёхмерных структур катодов для аккумуляторов, направленный на повышение безопасности, снижение воздействия на окружающую среду и улучшение характеристик будущих батарей.
Новый катод заменяет токсичный, дорогой и этически проблемный в добыче кобальт на фосфат лития-железа (LFP), встроенный в углеродную матрицу. Фосфат лития-железа более безопасен при перезарядке и менее склонен к возгоранию или короткому замыканию. Исследователи преодолели ограничения, связанные с обычно более низкими характеристиками самого фосфата лития-железа, путём перепроектирования внутренней структуры аккумулятора.
Аспирант лаборатории Грир, Инцзинь Ван (Yingjin Wang), отметил, что команда разработала универсальный метод создания трёхмерных структур электродов аккумуляторов с использованием более безопасных материалов. Объединяя фосфат лития-железа (обычно называемый LFP) с углеродной матрицей, конструкция повышает механическую прочность аккумулятора, одновременно устраняя использование опасного кобальта.
Литий-ионные аккумуляторы являются основным источником питания для современных мобильных устройств, электромобилей и сетей возобновляемой энергии. Они состоят из пяти ключевых компонентов: анода, катода, жидкого электролита, сепаратора и токосъёмников. Несмотря на их важную коммерческую ценность, стандартная конструкция сопряжена с постоянными рисками для безопасности и ограничениями производительности. Новое достижение предлагает путь к более безопасным, экологичным и производительным технологиям хранения энергии за счёт переосмысления конструкции аккумулятора.
Традиционные литий-ионные аккумуляторы используют плоские двумерные электроды, тогда как новое исследование представляет объёмную структуру катода, производимую с помощью 3D-печати. Переход от плоской конструкции к трёхмерной структуре позволяет максимизировать площадь активной поверхности для преобразования химической энергии в электрическую. Грир объясняет, что такая структура способствует развязке расстояний твёрдотельной и жидкостной диффузии: когда жидкий электролит течёт через лабиринтообразную структуру, твёрдая поверхность доступна в любом месте. Кроме того, конструкция снижает извилистость, сокращая физический путь перемещения ионов между катодом и сепаратором, что повышает плотность мощности аккумулятора, позволяя ему быстрее высвобождать накопленную энергию.
В современных литий-ионных аккумуляторах катоды зависят от кобальта, цепочка поставок которого страдает от неэтичных методов добычи, а сам материал представляет угрозу безопасности. В отличие от этого, фосфат лития-железа является более безопасной альтернативой благодаря своей стабильной химической природе, снижающей риск теплового разгона или короткого замыкания. Грир отмечает, что сам по себе фосфат лития-железа не является новым материалом, но использование аддитивного производства (то есть 3D-печати) для создания структурных электродов без кобальта — это новшество. Следующей вехой для исследователей станет разработка соответствующего трёхмерного структурного анода из фосфата лития-железа для создания полностью трёхмерного аккумулятора, сочетающего высокую энергетическую плотность и высокую плотность мощности. Учитывая раннюю стадию исследований и сложные параметры производства, достижение этой цели будет чрезвычайно сложной производственной задачей. Конечная цель команды — интегрировать полимерный электролит для создания полностью твёрдотельного аккумулятора. Исследование опубликовано в журнале ACS Energy Letters.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
