Найти тему
NEOVOLT

Двухионные батареи (Dual-ion Battery): 10 лет службы до вздутия

Оглавление

Произошло научное открытие в Южной Корее. Оно открывает двухионным батареям путь к продажам — дешевле, держат заряд в 2 раза лучше и служат в 7 раз дольше в сравнении с литий-ионными.

👇 Рассказываем подробности, про которые журналисты в новостях ничего так и не упомянули.

Двухионные аккумуляторы. Открытие, которое открывает путь к продажам.
Двухионные аккумуляторы. Открытие, которое открывает путь к продажам.

Что случилось?

Корейские учёные из Университета науки и технологий POSTECH [публикация авторов] смогли стабилизировать многообещающий новый тип аккумулятора. При всех своих плюсах эта электрохимическая система склонна раздуваться и терять равновесие реакций.

Из-за таких недостатков технология пока ещё не освоена в той мере, чтобы попасть в продажи или какое-то массовое тестирование (как натрий-ионная, например, у BYD).

👇 Но теперь всё изменится.

Натрий-ионный аккумулятор от CATL: он лучше литий-ионного, когда...

Двухионные батареи (Dual-ion Battery, DIB) используют два разных иона для передачи электрического заряда: катионы лития и анионы. Рабочий механизм отличается от механизма работы литий-ионной батареи (LIB) тем, что анионы в электролите также могут интеркалироваться.

✅ Что дают хорошего двухионные батареи?

  • Удельная энергоёмкость до 500 Вт·ч/кг (у литий-ионных в зависимости от системы от 100 до 270 Вт·ч/кг с перспективой до 450 Вт·ч/кг у твердотельных);
  • Скорость зарядки (88% ёмкости достигается за считанные минуты);
  • Срок службы более 3500 циклов (у литий-ионных 500, у LiFePO4 от 2000 при больших нагрузках и от 4000 в накопителях, у Li4Ti5O12 более 7000 для сравнения);
  • Дешевле литий-ионных электрохимических систем.
-2

Какая обратная сторона медали?

Большое объёмное расширение и сжатие графитового анода во время циклов зарядки и разрядки — серьёзное препятствие. Это вызвано взаимодействием с анионами.

❌ В результате двухионные аккумуляторы страдают от недостатков:

  • Повреждается анод (ухудшается реакция окисления);
  • Становится хуже электропроводность;
  • Ёмкость стремительно падает и не держит заряд.

Камень преткновения во всём этом — нестабильный электролит. Он используется в качестве активного материала.

На характеристики также значительно влияет выбор инженером аниона, растворителя и добавок. От них зависит ёмкость и напряжение DIB-ячейки.

Учёные сколько не пытались создать подходящий состав, он продолжал разлагаться при высоких напряжениях и температурах. Внутри корпуса ячейки выделялись токсичные газы, которые раздували оболочку.

Что именно сделали учёные POSTECH?

Они смогли стабилизировать эти батареи. Исследователи из POSTECH разработали полимерное связующее AZCA10 (сокращение от азоциклического акриламида) и показали отличные результаты в испытаниях двухионных батарей.

AZCA10 содержит азидные группы (N3-) и акрилатные группы (C3H3O2), которые могут образовывать сильные водородные связи с анионами и уменьшать их диффузию в аноде. Открытое учёными связующее может подавлять объёмное расширение и сжатие анода и повышать его структурную целостность.

-3

Прорыв ли это? Пока мы ещё не знаем. И не нашли критических публикаций, так как открытие только-только состоялось.

🔻 Есть факты:

  1. Двухионным батареям для жизнеспособности нужен специальный связующий материал, который предотвращает разрушение электродов.
  2. И вот такой материал учёные из Кореи предоставили.
  3. Материал проверили, изучили подробно и обосновали в публичном исследовании.
  4. Связующий материал выполнен на основе полиакриламида.
  5. Он обладает высокой эластичностью, прочностью и термостойкостью.

Если довериться результатам исследования, то материал показал отличные результаты в испытаниях двухионных батарей. Их энергетическую плотность увеличили на 30% при сохранении стабильности на 3500 циклов заряд-разряд.

С этого момента у двухионных батарей открыт путь к коммерциализации. То есть от практического применения их удерживают только возможности производства, доставки и заинтересованные в технологии заказчики.

🔻 Для самостоятельного изучения:

  • [Источник doi.org/10.1016/j.ensm.2019.11.003] Двухионные аккумуляторы: новые альтернативные аккумуляторы, 2020, Вашингтонский университет (США); Университет короля Сауда (Саудовская Аравия).
  • [Источник POSTECH] Публикация самого университета об авторах и открытии, 2023, Южная Корея.
  • [Источник doi.org/10.1002/adma.202306157] Открытый доступ к исследованию AZCA10-связующего в двухионных батареях «Когезивные графитовые электроды с азациклическими якорями для устойчивого хранения анионов», POSTECH, 2023, Южная Корея.

🔻 Узнайте больше о новых типах аккумуляторов:

Учёные: альтернативы литий-ионным аккумуляторам не видать
Батареи, шаг вперёд: LMFP (с марганцем) вместо LFP — дольше...
Аккумуляторы LiFePO4 (LFP): что это, преимущества и чем лучше...
Литий-Титанатный аккумулятор (LTO) вместо штатного АКБ автомобиля:...
Натрий-ионный аккумулятор от CATL: он лучше литий-ионного, когда...