La struttura trasformativa della batteria supera gli obiettivi di ricarica rapida per il ciclo Li

Jun 29, 2023

4 agosto 2023

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dall'Università del Maryland

Le batterie attuali sono limitate dal tempo di ricarica richiesto e dall'autonomia raggiungibile. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha sviluppato un obiettivo di ricarica rapida di 10 minuti per caricare la batteria di un veicolo elettrico (EV).

Tuttavia, la corrente di carica rapida delle batterie agli ioni di litio può provocare la placcatura di metallo litio dell'anodo di carbonio e la potenziale formazione di catastrofici cortocircuiti dei dendriti di litio. Gli anodi di litio hanno il potenziale per superare questi problemi, poiché la placcatura del litio non è un problema, ma è l'anodo, e inoltre gli anodi di litio consentono batterie con una densità di energia più elevata e quindi un'autonomia dei veicoli elettrici. Tuttavia, fino ad oggi la velocità di carica degli anodi di litio metallico è rimasta limitata dalla formazione di cortocircuiti dei dendriti di litio.

Il dottor Eric Wachsman, direttore del Maryland Energy Innovation Institute (MEI2) e illustre professore universitario presso l'Università del Maryland (UMD), e il suo gruppo di ricerca hanno sviluppato un materiale granato monofase misto a conduzione di ioni ed elettroni (MIEC) che una volta integrati nell'architettura 3D precedentemente sviluppata, non solo hanno raggiunto l'obiettivo DOE di ricarica rapida per il ciclo del litio, ma lo hanno superato di un fattore 10.

La struttura porosa del granato MIEC aiuta ad alleviare le sollecitazioni sugli elettroliti solidi (SE) durante il ciclo distribuendo il potenziale in modo uniforme su tutta la superficie, prevenendo così punti caldi locali che potrebbero indurre la formazione di dendriti.

Questo materiale e questa struttura trasformativi rappresentano un enorme passo avanti che avrà un impatto significativo sui veicoli elettrici e su altre applicazioni. L'articolo, "Cicli estremi di litio-metallo abilitati da un'architettura Garnet 3D a conduzione mista di ioni ed elettroni (MIEC)," è pubblicato su Nature Materials.

I tassi di ciclo del Li (asse X), la quantità di Li per ciclo (diametro del cerchio) e il ciclo cumulativo del Li (asse Y) superano di gran lunga gli obiettivi di carica rapida del DOE per densità di corrente, capacità areale per ciclo e capacità cumulativa, a temperatura ambiente senza pressione applicata. Con questa capacità di ciclo del litio, i veicoli elettrici sarebbero in grado di eseguire cicli di scarica del 100% della profondità ogni singolo giorno per 10 anni, ben oltre qualsiasi requisito di durata/garanzia previsto per i veicoli elettrici.

Il dottor Y. Shirley Meng, capo scienziato dell'ACCESS Argonne National Lab e professore alla Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago, ha affermato: "Wachsman e il suo team hanno dimostrato una capacità di velocità superiore dell'anodo di litio metallico in questo lavoro, è attraverso "La progettazione 3D innovativa e l'architettura unica che consente di ottenere tali prestazioni. Tale approccio apre un nuovo paradigma per la progettazione delle batterie ricaricabili ad alta energia di prossima generazione."