Estrutura transformadora da bateria supera metas de carga rápida para ciclismo Li

Jun 29, 2023

4 de agosto de 2023

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pela Universidade de Maryland

As baterias atuais são limitadas pelo tempo de carregamento necessário e pelo alcance alcançável. O Departamento de Energia dos EUA (DOE) desenvolveu uma meta de carga rápida de 10 minutos para carregar a bateria de um veículo elétrico (EV).

No entanto, as baterias de íon-lítio com corrente de carregamento rápido podem resultar no revestimento de metal-lítio do ânodo de carbono e na formação potencial de curtos catastróficos de dendritos de lítio. Os ânodos de metal-lítio têm o potencial de superar esses problemas, pois em vez de o revestimento do metal-lítio ser um problema, ele é na verdade o ânodo e, além disso, os ânodos de metal-lítio permitem baterias com maior densidade de energia e, portanto, alcance EV. No entanto, até o momento, a taxa de carga dos ânodos de metal de lítio permaneceu limitada pela formação de curtos-circuitos de dendrito de lítio.

Eric Wachsman, diretor do Instituto de Inovação Energética de Maryland (MEI2) e distinto professor universitário da Universidade de Maryland (UMD), e sua equipe de pesquisa desenvolveram um material granada monofásico misto condutor de íons e elétrons (MIEC) que quando integrados em sua arquitetura 3D desenvolvida anteriormente, não apenas alcançaram a meta de carga rápida do DOE para ciclismo de Li, mas a superaram por um fator de 10.

A estrutura porosa da granada MIEC ajuda a aliviar as tensões nos eletrólitos sólidos (SE) durante o ciclo, espalhando o potencial uniformemente pela superfície, evitando assim pontos quentes locais que poderiam induzir a formação de dendritos.

Este material e estrutura transformadores são um grande avanço que terá impacto para veículos elétricos e outras aplicações. O artigo, "Ciclagem extrema de lítio-metal habilitada por uma arquitetura 3D Garnet com condução de íons e elétrons mistos (MIEC)," foi publicado na Nature Materials.

As taxas de ciclagem de Li (eixo X), a quantidade de Li por ciclo (diâmetro do círculo) e a ciclagem cumulativa de Li (eixo Y) excedem em muito as metas de carga rápida do DOE para densidade de corrente, capacidade de área por ciclo e capacidade cumulativa, à temperatura ambiente sem pressão aplicada. Com esta capacidade de ciclagem de Li, os EVs seriam capazes de realizar ciclos de descarga de 100% de profundidade todos os dias durante 10 anos, muito além de quaisquer requisitos previstos de vida/garantia do EV.

Y. Shirley Meng, cientista-chefe do ACCESS Argonne National Lab e professor da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago, disse: "Wachsman e sua equipe demonstraram capacidade de taxa superior do ânodo de metal de lítio neste trabalho, é através "O design 3D inovador e a arquitetura única permitem alcançar esse desempenho. Essa abordagem abre um novo paradigma para o design da próxima geração de baterias recarregáveis ​​de alta energia."