Команда корейских исследователей впервые представила универсальные принципы проектирования твердотельных батарей, что ознаменовало сдвиг парадигмы в этой области.
Они также разработали набор инструментов для проектирования твердотельных аккумуляторов, используя принципы проектирования.
Этот технологический прогресс заполняет критический пробел в исследованиях конструкции аккумуляторов, для которых ранее отсутствовали стандартизированные тесты.
«Представление первых универсальных принципов проектирования твердотельных батарей, а также разработка и распространение набора инструментов для проектирования принесут большую пользу области проектирования твердотельных батарей», — говорят исследователи.
Это потенциально может ускорить разработку и внедрение твердотельных батарей, которые широко считаются будущим хранения энергии. Кроме того, твердотельные батареи с их более высокой плотностью энергии по сравнению с литий-ионными батареями обещают увеличить запас хода электромобилей, обеспечивая при этом повышенную безопасность и более быструю зарядку.
Расцвет твердотельных батарей
Глобальный рост электрификации усилил спрос на передовые аккумуляторные технологии. В центре внимания оказались твердотельные батареи, которые являются более безопасным и более энергоемким вариантом, чем традиционные литий-ионные батареи.
Использование негорючих твердых электролитов снижает риск возгорания. Кроме того, эффективная конструкция ячеек и систем может значительно повысить плотность энергии.
Хотя фундаментальные исследования твердотельных батарей продвинулись вперед, переход от экспериментальных результатов к реальным применениям столкнулся с препятствиями из-за отсутствия устоявшихся научных принципов проектирования.
Исследователи во многом полагались на опыт при комбинировании материалов и контроле параметров конструкции. Иногда это может привести к неэффективности.
Преодоление проблем дизайна
Корейская исследовательская группа установила количественные параметры конструкции батарей. К ним относятся порог равновесия, порог перколяции и порог нагрузки.
Эти параметры составляют основу универсальных принципов проектирования твердотельных батарей.
Интересно, что карманный элемент емкостью 0,5 Ач, построенный в соответствии с этими принципами, достиг впечатляющей плотности энергии 310 Втч/кг и прошел сертификацию третьей стороны. В частности, она превысила плотность энергии коммерческих литиевых батарей (около 250 Втч/кг).
«Мы надеемся, что многие исследователи смогут использовать эти принципы для эффективной разработки твердотельных батарей, значительного улучшения производительности и преодоления текущих технологических препятствий». добавлен исследователи.
Количественные расчетные параметры
На плотность энергии твердотельных батарей влияет плотность активных материалов в катоде. «Порог равновесия» определяет идеальное соотношение между частицами активного материала и твердым электролитом в катоде.
Исследовательская группа использовала концепцию «закрытой кубической упаковки» для определения этого стандартного соотношения, которое определяет баланс между плотностью энергии и плотностью мощности.
«Порог перколяции» устанавливает минимальное условие проводимости ионов лития в композитном катоде. Он обеспечивает контакт между композиционными частицами активных материалов и твердыми электролитами.
В то же время «порог нагрузки» определяет идеальные условия для минимизации падения напряжения внутри катода. Это помогает в разработке оптимальной толщины электрода.
Исследователи также создали «SolidXCell», общедоступный набор инструментов для проектирования твердотельных батарей.
Платформа, характеризующаяся своими многомасштабными и многопараметрическими возможностями, способствует интуитивному и систематическому подходу к проектированию, тем самым улучшая доступность технологии твердотельных аккумуляторов для более широкой аудитории.
Будущие последствия
Реализация этих принципов проектирования, а также соответствующего инструментария проектирования означает заметный прогресс в разработке твердотельных батарей.
Исследователи надеются, что эти инструменты облегчат процедуры проектирования и улучшат производительность.
Принципы проектирования и многоцелевой инструментарий проектирования были созданы доктором Джинсу Кимом из Ульсанского центра исследований и разработок передовых энергетических технологий Корейского института энергетических исследований (KIER) в сотрудничестве с исследовательской группой профессора Сунг-Гюн Юнга из Ульсана. Национальный институт науки и технологий (UNIST).
ОБ ИЗДАТЕЛЬСТВЕ
Аман Трипати Активный и разносторонний журналист и главный редактор. Он освещал регулярные и последние новости для нескольких ведущих изданий и средств массовой информации, включая The Hindu, Economic Times, Tomorrow Makers и многих других. Аман обладает знаниями в области политики, путешествий и технологий, особенно в области искусственного интеллекта, передовых алгоритмов и блокчейна, а также проявляет большой интерес ко всему, что связано с наукой и технологиями.