Исследователи из Университета Иллинойса, Xerion Advanced Battery Corporation и Нанкинского университета в Китае разработали метод гальваники катодов литий-ионных аккумуляторов, в результате чего были получены высококачественные материалы для аккумуляторов с высокими эксплуатационными характеристиками, которые также могут открыть двери для гибких и твердотельных аккумуляторов. .«Это совершенно новый подход к производству катодов для батарей, который привел к созданию батарей с ранее недоступными формами и функциями», — сказал Пол В. Браун, профессор материаловедения и инженерии и директор лаборатории исследования материалов Фредерика Зейтца в Иллинойсе. Он был одним из руководителей исследовательской группы, которая опубликовала свои выводы в журнале Science Advances.
В традиционных катодах литий-ионных аккумуляторов используются литийсодержащие порошки, полученные при высоких температурах. Порошок смешивают с клейкими связующими и другими добавками в суспензию, которую распределяют на тонком листе алюминиевой фольги и сушат. Слой суспензии должен быть тонким, поэтому аккумуляторы ограничены в количестве энергии, которое они могут хранить.
Клей также ограничивает производительность.«Клей неактивен. Он ничего не влияет на аккумулятор и мешает прохождению электричества в аккумуляторе», — сказал соавтор Хайлун Нин, директор по исследованиям и разработкам Xerion Advanced Battery Corporation в г. Champaign, стартап-компания, соучредителем которой является Браун. «У вас есть весь этот неактивный материал, занимающий место внутри батареи, в то время как весь мир пытается получить больше энергии и мощности от батареи».Исследователи полностью обошли процесс нанесения порошка и клея, нанеся гальваническое покрытие литиевых материалов на алюминиевую фольгу.
Поскольку гальванический катод не имеет места для клея, он содержит на 30 процентов больше энергии, чем обычный катод. Он также может заряжаться и разряжаться быстрее, поскольку ток может проходить непосредственно через него, и ему не нужно перемещаться вокруг неактивного клея или через пористую структуру суспензии.
Он также имеет то преимущество, что он более стабилен.Кроме того, в процессе гальваники создаются чистые катодные материалы даже из нечистых исходных ингредиентов.
Это означает, что производители могут использовать материалы с более низкой стоимостью и качеством, а конечный продукт по-прежнему будет иметь высокие характеристики, что устраняет необходимость начинать с дорогих материалов, уже доведенных до уровня батарей, сказал Браун.«Этот метод открывает двери для гибких и трехмерных аккумуляторных катодов, поскольку гальваника включает погружение подложки в жидкую ванну, чтобы покрыть ее», — сказал соавтор Хуэйган Чжан, бывший старший научный сотрудник Xerion, который сейчас является профессором в Нанкине.
Университет.Исследователи продемонстрировали эту технику на углеродной пене, легком и недорогом материале, сделав катоды намного толще, чем обычные суспензии.
Они также продемонстрировали это на фольге и поверхностях с различной текстурой, формой и гибкостью.«Этого дизайна невозможно достичь с помощью обычных процессов», — сказал Браун. «Но что действительно важно, так это то, что это высокоэффективный материал и почти твердый.
Используя твердый электрод, а не пористый, вы можете хранить больше энергии в заданном объеме. В конце концов, людям нужны батареи. хранить много энергии ".