Nowe materiały udoskonalające baterie litowe

Opracowanie pojazdów elektrycznych przeznaczonych dla sektora transportowego zajmuje wysokie miejsce na liście priorytetów UE związanych z pobudzeniem rozwoju gospodarczego w ramach inicjatywy na rzecz ekologicznych samochodów. Większość prac przeprowadzonych do chwili obecnej poświęcona była rozwojowi technicznemu i analizom rynku. Ważne wyzwania będą również obejmowały trwałość, bezpieczeństwo, koszt oraz wymaganą infrastrukturę związaną z ładowaniem.

Pomimo tego, że konwencjonalne ogniwa litowo-jonowe są szeroko rozpowszechnione, niektóre z nich cechują się zbyt niską gęstością energii, żeby mogły być przydatne w transporcie. Inne są zbyt drogie lub nie spełniają wymogów związanych z ochroną środowiska lub bezpieczeństwem. Finansowany ze środków UE projekt "High energy density Li-ion cells for traction" (EUROLIION) poświęcony był opracowaniu nowych akumulatorów litowo-jonowych, które cechowałaby wysoka gęstość energii, niskie koszty i poprawione bezpieczeństwo. Korzyści te uzyskano dzięki zmianie materiałów. Nowe ogniwo zbudowane jest z innowacyjnej, krzemowej (Si) anody (elektroda ujemna), nowych, tanich soli i zmodyfikowanej żelaznej lub manganowej/niklowej katody (elektroda dodatnia).

Materiały zastosowane do budowy elektrody są tańsze i mogą magazynować wyższe gęstości ładunku w porównaniu z elektrodami konwencjonalnymi. Ponadto wymagają one wyższego napięcia roboczego w celu zwiększenia gęstości energii ogniwa.

Naukowcy zdefiniowali nowe wzory dla potrzeb syntetyzowania materiałów nano-krzemowych dla elektrody ujemnej, jak również różnych spoiw i dodatków. Wyprodukowane ogniwa litowo-jonowe wyposażone w elektrodę dodatnią zawierającą połączenie litu, niklu i manganu cechowały się stabilnością pracy cyklicznej. Dzięki nowej, dobrze oczyszczonej soli pełniącej rolę elektrolitu, nano-krzemowe elektrody cechują się zadowalającym poziomem zachowania pojemności. Ponadto zsyntetyzowano, przetestowano, a nawet dodatkowo oczyszczono większą ilość soli litu, ponieważ niektóre z nich pogarszały pracę elektrody dodatniej.

Naukowcy wyprodukowali i przetestowali 20 cylindrycznych ogniw, korzystając z dostępnych na skalę przemysłową elektrod litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP) i grafitowych oraz 20 ogniw wyposażonych w elektrody litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP) i litowo-krzemowe. Przeprowadzone testy służyły do modelowania ogniwa. Przeprowadzono ocenę bezpieczeństwa zgodnie z procedurą testową. W końcu przeprowadzono pełną symulację pojazdu.

Projekt EUROLIION utorował drogę dla szerokiego wykorzystania pojazdów elektrycznych poprzez opracowanie bardziej wysokowydajnych, tańszych i bezpieczniejszych w ładowaniu akumulatorów. Opracowana nowa technologia powinna poprawić konkurencyjność UE przy jednoczesnym wsparciu jej poświęcenia na rzecz niskoemisyjnej i zrównoważonej gospodarki.