Naujausios puslaidininkių baterijų technologijos pasiekė svarbų etapą: bendrovė „24M“ pristatė pirmuosius pusiau kietojo kūno ličio jonų elementus, viršijančius 280 vatvalandžių kilogramui energijos tankį. Šis proveržis atveria kelią efektyvesnėms ir pigesnėms baterijoms, kurios yra itin svarbios elektromobilių rinkos plėtrai.

Silicio anodai keičia taisykles

Didžioji dalis energijos tankio padidėjimo pasiekta naudojant didelio tankio silicio anodus. Ši technologija leidžia atsisakyti rišiklių, kurie įprastuose elektroduose užkemša poras ir riboja aktyviosios medžiagos kiekį. „24M“ teigimu, jų taikomas „pusiau kietojo kūno“ (angl. semi-solid) elektrodų gamybos metodas suteikia pagrindą inovacijoms, kurios anksčiau buvo neįmanomos.

Procesas yra unikalus: elektrolitas įmaišomas tiesiai į rišiklio neturintį mišinį. Tai leidžia sukurti visiškai naujas elementų konstrukcijas. Bendrovės vadovas Rickas Feldtas pabrėžia, kad šis metodas yra ne tik techninis patobulinimas, bet ir esminis dizaino bei gamybos pergalvojimas, sprendžiantis dešimtmečius trukusius iššūkius.

Skaičiavimai spartina medžiagų paiešką

Kol pramonė diegia naujus gamybos metodus, mokslininkai ieško būdų, kaip dar labiau pagerinti baterijų komponentus. Argano nacionalinės laboratorijos (angl. Argonne National Laboratory) tyrėjai naudoja kompiuterinį modeliavimą, kad atrastų geresnes ultraplonas dangas kietojo kūno baterijų medžiagoms.

Šis metodas leidžia ištirti didžiulę cheminių junginių erdvę daug greičiau nei atliekant eksperimentus su kiekviena medžiaga atskirai. Tyrėjų komanda nustatė, kad magnio oksidas gali būti itin efektyvi danga, blokuojanti elektronų srautą, tačiau leidžianti ličio jonams judėti laisvai. „Tai leidžia mums efektyviai išbandyti naujas dangų chemijas ir susieti kompiuterines prognozes su realiais rezultatais“, – teigia tyrimo autoriai.

Ambicingi tikslai ir bendradarbiavimas

„24M“ misija yra sukurti kapitalui efektyvų ir pigų ličio jonų baterijų gamybos būdą. Šiuo metu bendrovė jau tiekia elementus pramoniniams partneriams, o jų tyrimus iš dalies finansuoja JAV pažangiųjų baterijų konsorciumas, remiamas JAV energetikos departamento.

Tikslai išlieka ambicingi. Bendrovė siekia, kad iki 2019 m. pabaigos jų kuriamų baterijų elementų energijos tankis pasiektų 350 vatvalandžių kilogramui. Nors tai reikalauja nuolatinio tobulėjimo, dabartiniai rezultatai rodo, kad mokslas sėkmingai transformuojamas iš laboratorinių tyrimų į inovatyvius produktus.

Technologijų įvairovė rinkoje

Svarbu pabrėžti, kad „24M“ nėra vienintelė žaidėja šioje srityje. Kiti moksliniai tyrimai, pavyzdžiui, paskelbti žurnale Nature, nagrinėja alternatyvius katodus, tokius kaip chromo ir ličio fluorido junginiai, kurie taip pat demonstruoja patrauklų specifinį pajėgumą. Tuo tarpu kiti rinkos dalyviai, kaip „BroadBit Batteries“, patentuoja natrio druskų pagrindu veikiančias kietojo kūno baterijas, siekdami sumažinti priklausomybę nuo ličio.

Ši technologinė įvairovė kuria didelę, įvairių sektorių bendruomenę, kurios tikslas – skaidriai patvirtinti energijos našumo rodiklius. Nors kiekviena technologija turi savų iššūkių, bendras tikslas išlieka tas pats: sukurti saugesnius, pigesnius ir talpesnius energijos kaupimo įrenginius, kurie pakeistų dabartinius standartus.

Ateities tyrimai parodys, kurie iš šių metodų taps pramoniniu standartu. Artimiausiais metais matysime, kaip kompiuterinis modeliavimas ir nauji gamybos procesai susijungs į vieną visumą, galutinai pakeisdami tai, kaip kaupiame ir naudojame energiją.

Ši informacija nepakeičia gydytojo konsultacijos.

Šaltiniai

  1. [1] [Nature.com | Tue, 10 Ma] Cr-LiF as a high energy density conversion-type cathode for Li-ion solid-state batteries
  2. [2] [Cleantechnica.com | 2019-02-28] 24M Ships First High Energy-Density Semi-Solid State Batteries
  3. [3] [Anl.gov | Thu, 16 Ju] From computation to coating: Argonne accelerates search for solid-state battery materials