В США разрабатывают более толстые и плотные электроды для производства более мощных аккумуляторов для электромобилей

Спрос на высокопроизводительные аккумуляторы,ВСШАразрабатываютболеетолстыеиплотныеэлектродыдляпроизводстваболеемощныхаккумуляторовдляэлектромобилей особенно для электромобилей, растет, поскольку глобальное потребление энергии смещается в сторону более электрифицированных систем привода, снижается зависимость от ископаемого топлива и становится приоритетом восстановление климата. По сообщениям зарубежных СМИ, исследователи из Университета штата Пенсильвания (Penn State) и партнеры разработали новый метод производства, позволяющий создавать более эффективные аккумуляторы с неизменным уровнем энергии и мощности.

Более толстые и плотные электроды (Источник изображения: Пенсильванский государственный университет)

По словам доцента Пенсильванского университета в области промышленного и производственного машиностроения Хоngtao Sun сказал, что этот улучшенный метод производства электродов может производить высокопроизводительные батареи, тем самым делая электромобили более энергоэффективными, а также может принести такие преимущества, как улучшение функции накопления энергии в энергосистеме.

Профессор Сунь сказал: «Мы надеемся, что нынешняя батарея позволит автомобилю проехать большее расстояние, и мы надеемся, что сможем полностью зарядить автомобиль за 5 или 10 минут, точно так же, как время В нашем исследовании мы рассмотрели, как достичь этой цели, сделав электроды и элементы более компактными, используя более высокую долю активных ингредиентов и меньшую долю пассивных компонентов».

Если электрический Производители автомобилей хотят увеличить запас хода электромобилей, необходимо добавить больше аккумуляторов, и их число может достигать тысяч. По мнению профессора Сана, чем меньше и легче батарея, тем лучше.

Профессор Сунь сказал: «Решение, позволяющее электромобилям преодолевать большие расстояния, состоит в том, чтобы добавить компактные батареи, но такие батареи должны иметь более плотные и толстые электроды». приводит в действие компоненты батареи, делая их более активными. «Хотя этот подход немного снижает производительность батареи на вес электрода, он значительно улучшает общую производительность автомобиля за счет уменьшения веса аккумуляторной батареи и энергии, необходимой электромобилю».

Более эффективные электроды — канал для электрических энергия в батарее — это помогает батарее получать больше активных ингредиентов.

Профессор Сунь сказал: «Учитывая, что среди основных компонентов батареи только электроды способствуют повышению производительности батареи, другие компоненты, такие как упаковка, сепараторы и токосъемники, только увеличивают вес и не влияют на производительность батареи». . пассивные компоненты, которые вносят свой вклад. Если мы хотим улучшить характеристики батареи, нам необходимо изучить материалы электродов батареи и максимизировать их весовой процент в элементе".

Предыдущие улучшения были достигнуты за счет использования более совершенных электродов. Исследования производительности батареи сосредоточился только на одном показателе, что неэффективно, поскольку батареи плохо работают по другим показателям. Например, когда батареи отдают предпочтение высоким весовым характеристикам (общее количество энергии, которое может быть сохранено по отношению к весу), это может привести к производительности по площади (сколько заряда может быть сохранено на единицу площади) и/или объемным характеристикам (относительно веса). общее количество заряда, которое может доставить аккумулятор данного размера).

Обычно батарея состоит из тонкопленочных анодных и катодных электродов, расположенных между двумя токопроводящими фольгами и разделенных изоляционным разделителем. Увеличение толщины таких электродов обеспечивает больше места для хранения и высвобождения энергии, увеличивая емкость и плотность хранения энергии. Более толстые электроды могут хранить больше заряда, а это означает больше энергии, точно так же, как резервуар большего размера может хранить больше воды. Однако такие электроды имеют плохую способность передачи заряда, что может снизить общую производительность батареи.

Профессор Сан и его команда сосредоточены на создании более толстых электродов и оптимизации путей переноса заряда для достижения высоких показателей по трем показателям: площади, объему и весу.

Чтобы решить проблему недостаточной кинетической энергии переноса заряда в более толстых электродах, исследователи разработали метод, который применяет к электродам искровое плазменное спекание (SPS). SPS — это энергосберегающая технология, которая использует тепло и давление для сжатия и уплотнения материалов в твердые объекты, такие как электроды.

Профессор Сунь сказал: «SPS позволяет нам создавать очень толстые и плотные электроды. Обычно толщина аккумуляторных электродов составляет всего от 50 до 100 микрон. Но толщина электрода в этом исследовании была 300 микрон, 500 микрон, что в 5 раз превышает соотношение масс электродов в современном аккумуляторном оборудовании.

Эта технология реализует вертикально расположенную углеродную сетку и каналы пор в электроде, что позволяет катоду иметь высокую электродную структуру. плотности и достижения высоких объемных характеристик, а также высокой массовой нагрузки (активными веществами), высокой производительности по площади и быстрой передачи заряда.

Профессор Сан сказал, что толстые электроды, недавно разработанные исследователями, обладают способностью быстрой передачи заряда, что может увеличить процент активных ингредиентов и увеличить энергоемкость аккумуляторных блоков стандартного веса. Благодаря высокой плотности этого электрода в том же пространстве можно упаковать больше активного материала электрода.

По словам профессора Суня, следующие шаги исследования включают разработку процесса крупномасштабного производства таких электродов, а также изучение других стратегий, позволяющих уменьшить долю веса аккумуляторов и обеспечить большую мощность транспортных средств. , Место для хранения аккумулятора.

Профессор Сунь сказал: «Мы изучаем, как разработать структурные батареи и как интегрировать их в конструкцию транспортного средства. Например, мы можем встроить батарею в крышу электромобиля, чтобы она действительно могла стать неотъемлемой частью конструкции автомобиля. В этом случае мы можем значительно снизить вес автомобиля, поскольку функция и конструкция удачно сочетаются."