Lithiummetaal is dankzij zijn hoge theoretische capaciteit een van de beste kandidaten om grafiet als anodemateriaal te vervangen. Het probleem is dat batterijen die lithium-metaalanoden gebruiken momenteel een slechte levensduur hebben.
Dankzij een nieuwe niet-ontvlambare dual-anion ionische vloeibare elektrolyt zou dit echter snel kunnen veranderen.
Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en het Helmholtz Institute Ulm - Electrochemical Energy Storage (HIU) hebben nu een oplossing gevonden. Zoals u meldt in Joule magazine, gebruikt u een veelbelovende nieuwe combinatie van materialen. Ze gebruiken een kobaltarme, nikkelrijke gelaagde kathode (NCM88). Dit biedt een hoge energiedichtheid. Met de veelgebruikte in de handel verkrijgbare organische elektrolyt (LP30) laat de stabiliteit echter te wensen over. De opslagcapaciteit neemt af naarmate het aantal laadcycli toeneemt.
Waarom dit zo is, legt professor Stefano Passerini, directeur van de HIU en hoofd van de onderzoeksgroep batterij-elektrochemie, uit:“In de LP30-elektrolyt treden deeltjesscheuren op op de kathode. De elektrolyt reageert binnen deze scheuren en vernietigt de structuur. Bovendien vormt zich op de kathode een dikke, mosachtige lithiumhoudende laag. ”De onderzoekers gebruikten daarom in plaats daarvan een niet-vluchtige, niet-brandbare ionische vloeibare elektrolyt met twee anionen (ILE). "Met behulp van de ILE kunnen de structurele veranderingen in de nikkelrijke kathode aanzienlijk worden verminderd", meldt Dr. Guk-Tae Kim van de Battery Electrochemistry Research Group bij HIU.
88 procent capaciteit behouden gedurende 1000 oplaadcycli
De resultaten:Met de kathode NCM88 en de elektrolyt ILE bereikt de lithium-metaalbatterij een energiedichtheid van 560 wattuur per kilogram (Wh/kg). Het heeft in eerste instantie een opslagcapaciteit van 214 mAh per gram (mAh/g); 88 procent van de capaciteit blijft behouden over 1.000 laadcycli. De Coulomb-efficiëntie, die de verhouding tussen onttrokken en geleverde capaciteit aangeeft, is gemiddeld 99,94 procent.
Omdat de gepresenteerde batterij ook wordt gekenmerkt door een hoog veiligheidsniveau, hebben de onderzoekers uit Karlsruhe en Ulm hiermee een belangrijke stap gezet op weg naar koolstofneutrale mobiliteit.
Vergelijking van de levensduur van verschillende elektrolyten in lithium-metaalbatterijen
Aanvankelijk merkte ik niet dat de energiedichtheid van 560 Wh/kg die in het persbericht werd geadverteerd, alleen rekening hield met het gewicht van het actieve materiaal (kathode en anode), dus bedankt Andrés voor de heads-up!
De onderzoekspaper verduidelijkt het.
De resulterende specifieke energie op basis van de totale (anode + kathode) actieve materiaalgewichten wordt berekend op 564 Wh kg-1 bij 0,1 ° C en 488 Wh kg-1 bij 0,5 ° C met behulp van de dunne Li-elektrode.
Hoogtepunten
