Исследовательская группа Tesla в Канаде опубликовала новую работу, которая демонстрирует путь к созданию батареи следующего поколения с прорывной плотностью энергии.
Существует ряд препятствий, которые необходимо преодолеть, но новое исследование определяет узкие места и указывает на возможные решения.
Джефф Даан и его команда в Канаде давно проводят передовые исследования в области аккумуляторов, и последние четыре года они делают это в партнерстве с Tesla.
Они сосредоточились на улучшении текущего поколения литий-ионных аккумуляторных ячеек, но также изучают возможные аккумуляторные ячейки следующего поколения, которые предложат не просто инкрементальные улучшения, а прорывную производительность.
Многие считают, что эти батареи следующего поколения будут твердотельными, но Tesla и исследовательская группа Даана предложили другой путь с «литий-металлическими пакетированными ячейками без анода с двухсолевым жидким электролитом LiDFOB/LiBF4».
В исследовательской работе, опубликованной в прошлом году, они описали новые аккумуляторные ячейки с более высокой плотностью энергии, которые не требуют дорогостоящего нового метода производства.
Это открыло ясный путь к производству аккумуляторов с большей энергией без увеличения затрат, но им все еще предстояло решить проблему долговечности.
В то время им удалось достичь только 90 циклов, что недостаточно для практически всех коммерческих применений — и уж точно недостаточно для электромобилей.
Теперь Даан и его команда опубликовали новую работу, финансируемую Tesla и написанную в соавторстве с четырьмя сотрудниками Tesla.
В новой работе под названием «Диагностика и коррекция отказа ячеек без анода посредством анализа электролита и морфологии», опубликованной в престижном научном журнале Nature, они определяют проблемы с долговечностью и предлагают решение.
В аннотации они написали:
Недавно мы продемонстрировали ячейки без анода с длительным сроком службы, используя двухсолевой карбонатный электролит. Здесь мы характеризуем деградацию ячеек без анода с этим бедным (2,6 г Ач-1) жидким электролитом. Мы наблюдаем ухудшение морфологии первоначального лития с использованием сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской томографии, и диагностируем причину как деградацию и истощение электролита с использованием спектроскопии ядерного магнитного резонанса и картирования ультразвуковой передачи. Для тестов на безопасность мы измеряем температуру ячейки во время проникновения гвоздем.
Они обнаружили, что при использовании их двухсолевого электролита образуется инертная матрица из «мертвого» лития in situ, которая формирует большие, плотные литиевые столбцы внутри, создавая идеальную литиевую морфологию:
Работа показывает, что они не только определили узкие места, но и представили решение путем оптимизации электролита для улучшения срока службы литий-металлических ячеек без анода до 200 циклов, что является огромным улучшением за менее чем год.
Мнение Electrek
Очевидно, что 200 циклов все еще недостаточно для коммерциализации, но новая работа показывает, что исследователи теперь понимают, как происходит деградация ячейки, и уже находят решения для устранения этой деградации.
Если улучшения будут продолжаться такими темпами, то в скором времени это может быть использовано в автомобилях Tesla, и работа демонстрирует потенциальное влияние:
Они могли бы значительно повысить эффективность, что привело бы либо к увеличению запаса хода при том же размере аккумуляторной батареи, либо к снижению веса и стоимости при том же запасе хода, что, как недавно намекали в Tesla, является целью.
С таким улучшением плотности энергии становится понятно, почему команда Даана рассматривает эту новую ячейку как потенциальное «следующее поколение» аккумуляторов.
Мы говорим о достаточно большом прорыве, который мог бы сделать возможными электрические самолеты. Это захватывающе, и за этим определенно стоит следить.