Группа исследователей аккумуляторов Tesla в Канаде под руководством Джеффа Дана находится на грани доказательства революционной плотности аккумуляторов с помощью нового аккумуляторного элемента следующего поколения. Команда опубликовала свои выводы в новой статье, в которой показано, как бороться с отказом безанодных элементов с помощью растворов электролитов.
Документ озаглавлен «Диагностика и устранение неисправностей безанодных элементов с помощью электролитного и морфологического анализа». Дан и его команда исследователей из Университета Далхаузи показывают, что некоторые из используемых безанодных аккумуляторных элементов имеют тенденцию хранить больше энергии на единицу объема, чем традиционные литий-ионные элементы. Это крайне важно для увеличения дальности действия электромобилей.
По словам Хансена Ванга, исследователя аккумуляторов из Стэнфордского университета, безанодные батареи также легче традиционных элементов.
«Идея состоит в том, чтобы использовать литий только на катодной стороне для снижения веса», — сказал Ван в интервью престижной школе в Северной Калифорнии.
Однако с увеличением емкости хранения энергии появляются некоторые недостатки. Один из возможных вариантов — клетки «имеют тенденцию к быстрой потере емкости и короткому жизненному циклу», — говорится в аннотации статьи о Nature. Есть также проблемы безопасности с безанодными ячейками, которые относятся к металлическому литию, находящемуся внутри.
Дан и его команда заявили, что безанодные элементы могут иметь увеличенный срок службы, если для борьбы с эффектами разложения используется двухсолевой раствор карбонатного электролита.
Команда заявляет:
«Недавно мы продемонстрировали безанодные элементы с длительным сроком службы, использующие двухсолевой карбонатный электролит. Здесь мы охарактеризуем деградацию безанодных ячеек с этим обедненным (2,6 г / ч) жидким электролитом. Мы наблюдаем ухудшение исходной морфологии лития с помощью сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской томографии и диагностируем причину разложения и истощения электролита с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса и ультразвукового картирования. Для проверки характеристик безопасности мы измеряем температуру ячеек во время проникновения гвоздя ».
Когда команда Дана использовала раствор двухсолевого карбонатного электролита в аккумуляторных элементах, она показала, что неактивная смесь мертвого лития образует в элементе большие литиевые столбики. Это создает образцовую морфологию лития внутри ячейки, которая может решить проблемы с коротким сроком службы.
В прошлом Tesla запатентовала раствор электролита, который можно было добавлять в литий-ионные батареи, чтобы продлить срок службы элемента.
Оптимизированный электролит успешно продлил срок службы безанодных ячеек до 200 полных циклов, что является значительным улучшением по сравнению с другими результатами. Например, ранее упомянутый эксперимент в Стэнфордском университете был проведен в июне 2020 года. Этот эксперимент показал, что безанодные аккумуляторные элементы отработали 100 циклов, прежде чем емкость упала до 80 процентов.
Увеличение срока службы аккумуляторных элементов в конечном итоге приведет к более долговечным элементам в электромобилях. Tesla в течение длительного периода работала над созданием аккумуляторной батареи на миллион миль, которая может быть представлена на мероприятии Battery Day 22 сентября.
Плотность энергии, в конечном счете, является ключом к увеличению дальности действия, но есть тонкая грань между угрозой продолжительности жизни из-за увеличения количества миль на зарядке. В конечном итоге исследования с командой Дана будут продолжены, и это значительный прогресс с точки зрения того, что показали прошлые исследования.
Документ «Диагностика и устранение отказа безанодных элементов с помощью электролитного и морфологического анализа» доступен здесь.
