Stanford: Zmniejszyliśmy wagę odbieraków prądu w ogniwach litowo-jonowych o 80 proc. Gęstość energii wzrasta o 16-26 procent.
Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) postanowili zmniejszyć ogniwa litowo-jonowe, aby zmniejszyć ich wagę, a tym samym zwiększyć gęstość energii przechowywania. W tym celu przeprojektowali warstwy nośne na zewnątrz: zamiast szerokich arkuszy miedzi lub aluminium zastosowali wąskie paski metalu, uzupełnione warstwą polimeru.
Wyższa gęstość energii w Li-ion bez wysokich kosztów inwestycyjnych
Każde ogniwo litowo-jonowe to rolka składająca się z warstwy ładunku-rozładowania/rozładowania, elektrody, elektrolitu, elektrody i kolektora prądu w tej kolejności. Zewnętrzne części to metalowa folia wykonana z miedzi lub aluminium. Pozwalają elektronom opuścić komórkę i wrócić do niej.
Naukowcy ze Stanford i SLAC postanowili skupić się na kolektorach, ponieważ ich waga to często kilkadziesiąt procent wagi całego ogniwa. Zamiast blach miedzianych zastosowali folie polimerowe z wąskimi paskami miedzi. Okazało się, że udało się zredukować wagę kolektorów nawet o 80 procent:
Klasyczne cylindryczne ogniwo litowo-jonowe to długa rolka składająca się z kilku warstw. Naukowcy ze Stanford i SLAC zredukowali warstwy, które zbierają ładunki i je przewodzą - kolektory prądu. Zamiast blach miedzianych użyli blach polimerowo-miedzianych wzbogaconych niepalnymi chemikaliami (c) Yusheng Ye / Stanford University
To nie wszystko: do polimeru można dodać związki chemiczne zapobiegające zapłonowi, a wtedy niższej palności pierwiastków towarzyszy mniejsza waga:
Palność folii miedzianej zastosowanej w klasycznym ogniwie litowo-jonowym i kolektorze opracowanym przez naukowców amerykańskich (c) Yusheng Ye / Stanford University
Naukowcy twierdzą, że przeprojektowane kolektory mogą zwiększyć grawimetryczną gęstość energii ogniw o 16-26 procent (= 16-26 procent więcej energii przy tej samej masie jednostkowej). To znaczy, że bateria o tej samej objętości i pojemności może być o 20 procent lżejsza od prądu.
W przeszłości podejmowano próby optymalizacji zbiornika, ale ich zmiana prowadziła do nieoczekiwanych skutków ubocznych. Ogniwa stały się niestabilne lub potrzebny był droższy elektrolit. Wariant opracowany przez naukowców ze Stanford nie wydaje się sprawiać takich problemów.
Te ulepszenia są na wczesnym etapie badań, więc nie oczekuj, że trafią na rynek przed 2023 r. Wyglądają jednak obiecująco.
Warto dodać, że Tesla ma też ciekawy pomysł na pobieranie ładunku z warstw metalu. Zamiast używać cienkich pasków miedzi na całej długości rolki i wyprowadzać je tylko w jednym miejscu (na środku), wyprowadza je od razu za pomocą uciętej krawędzi zakładki. Powoduje to, że ładunki pokonują znacznie mniejszą odległość (opór!), a miedź zapewnia dodatkowy transfer ciepła na zewnątrz:
> Czy ogniwa 4680 w nowych bateriach Tesli będą chłodzone od góry i od dołu? Tylko od dołu?
To może Cię zainteresować:
