ESM: Учёные предложили конструкцию катодного композита для твердотельных батарей

Исследователи из Кореи объединились, чтобы решить проблемы коммерциализации полностью твердотельных батарей. 

Учёные из Исследовательского центра батарей нового поколения KERI, факультета прикладной химии Университета Кюнг-Хи, Школы инженерии энергетических систем Университета Чанг-Анг и Школы материаловедения и инженерии Пусанского национального университета разработали технологию смешивания катодных материалов для таких батарей с сульфидными твёрдыми электролитами.

Полностью твердотельные батареи становятся всё более перспективной технологией, так как они безопаснее: риск возгорания или взрыва крайне низок. Но их производство сложнее, чем традиционных батарей с жидкими электролитами.

Одна из проблем при изготовлении композитного электрода — эффективное смешивание и диспергирование катодных активных материалов с твёрдыми электролитами, проводящими добавками и связующими веществами. При этом необходимо создать каналы для переноса электронов и ионов лития и обеспечить низкое межфазное сопротивление на границах раздела катод-электролит.

Проводящие добавки — это материалы, которые помогают электронам перемещаться в основном веществе. Связующее вещество служит клеем, соединяя активное вещество и проводящую добавку с металлической пластиной (токоприёмником).

Раньше катодные материалы и твёрдые электролиты смешивали двумя способами:

• Просто механически во влажных или сухих условиях. Так получался слой толщиной от десятков до сотен микрометров.
• Методом структуры «ядро-оболочка». При этом твёрдый электролит обволакивает поверхность катодных материалов.

Но эти методы не решали проблему движения электронов и ионов и формирования низкоомного интерфейса.

Исследовательские группы KERI и университета использовали метод частичного покрытия активных материалов катода твёрдым электролитом.

Твёрдый электролит чувствителен к воздействию кислорода и влаги, поэтому исследователи разработали специальное оборудование — лопастную мельницу, в которой можно использовать инертные газы. Это позволило изучить различные типы структур покрытия твёрдого электролита, а также подобрать оптимальное соотношение смеси и условия процесса с катодными активными материалами.

Команда провела моделирование, чтобы собрать данные об использовании активных материалов и скорости зарядки/разрядки. Результаты применили к прототипу батареи, чтобы проверить его производительность.

Исследование опубликовано в журнале Energy Storage Materials, который является одним из лучших в области энергетики (18,9 по JCR).

Доктор Юн-Чеол Ха сказал, что для широкого внедрения полностью твердотельных батарей нужно повысить производительность и снизить стоимость твёрдого электролита.

Также важны технологии проектирования и производства, которые позволят эффективно создавать композитный электрод, пропускающий ионы и электроны.

Используя композитный материал, в котором активный материал катода частично покрыт твёрдым электролитом, мы сможем улучшить характеристики полностью твердотельных батарей.

Компания KERI, обладатель патентов на технологию, ищет клиентов и продолжает коммерциализацию. Это должно заинтересовать производителей материалов и оборудования для полностью твердотельных батарей.

30.07.2024