Последний прорыв Гуденаф, совершенный старшим научным сотрудником школы Кокрелл Марией Хеленой Брага, представляет собой недорогую полностью негорючую батарею с длительным циклом работы (время автономной работы) с высокой объемной плотностью энергии и высокой скоростью заряда. и разряд. Инженеры описывают свою новую технологию в недавней статье, опубликованной в журнале Energy. Наука об окружающей среде.
«Стоимость, безопасность, плотность энергии, скорость заряда и разряда, а также срок службы имеют решающее значение для более широкого распространения автомобилей с аккумуляторным приводом. Мы считаем, что наше открытие решает многие проблемы, присущие современным аккумуляторным батареям», — сказал Гуденаф.
Исследователи продемонстрировали, что их новые аккумуляторные элементы имеют как минимум в три раза большую плотность энергии, чем современные литий-ионные батареи. Плотность энергии аккумуляторной батареи дает электромобилю дальность пробега, поэтому более высокая плотность энергии означает, что автомобиль может проехать больше миль без подзарядки.
Формула батареи UT Austin также допускает большее количество циклов зарядки и разрядки, что означает более длительные батареи, а также более высокую скорость перезарядки (минуты, а не часы).В современных литий-ионных батареях используются жидкие электролиты для переноса ионов лития между анодом (отрицательная сторона батареи) и катодом (положительная сторона батареи).
Если элемент батареи заряжается слишком быстро, это может привести к образованию дендритов или «металлических усов», которые пересекают жидкие электролиты, вызывая короткое замыкание, которое может привести к взрывам и пожарам. Вместо жидких электролитов исследователи полагаются на стеклянные электролиты, которые позволяют использовать анод из щелочного металла без образования дендритов.
Использование анода из щелочного металла (лития, натрия или калия), что невозможно с обычными батареями, увеличивает удельную энергию катода и обеспечивает длительный срок службы. В экспериментах клетки исследователей продемонстрировали более 1200 циклов с низким сопротивлением клеток.Кроме того, поскольку электролиты из твердого стекла могут работать или иметь высокую проводимость при -20 градусах Цельсия, этот тип аккумулятора в автомобиле может хорошо работать при отрицательных погодных условиях. Это первая полностью твердотельная аккумуляторная батарея, которая может работать при температуре ниже 60 градусов Цельсия.
Брага вместе с коллегами начала разрабатывать твердостеклянные электролиты, когда работала в Университете Порту в Португалии. Около двух лет назад она начала сотрудничать с Гуденафом и исследователем Эндрю Дж.
Мерчисоном из UT Austin. Брага сказал, что Гуденаф привнес понимание состава и свойств твердостеклянных электролитов, что привело к созданию новой версии электролитов, которая теперь запатентована Управлением коммерциализации технологий в Остине.
Стеклянные электролиты инженеров позволяют им покрывать и снимать щелочные металлы как со стороны катода, так и со стороны анода без дендритов, что упрощает изготовление аккумуляторных элементов.Еще одно преимущество состоит в том, что аккумуляторные элементы могут быть изготовлены из экологически безопасных материалов.«Стеклянные электролиты позволяют заменять литий дешевым натрием. Натрий извлекается из широко доступной морской воды», — сказал Брага.
Гуденаф и Брага продолжают продвигать свои исследования, связанные с батареями, и работают над несколькими патентами. В краткосрочной перспективе они надеются сотрудничать с производителями аккумуляторов для разработки и тестирования своих новых материалов в электромобилях и устройствах хранения энергии.