ハーバード大学の科学者たちは、実験用バッテリーの有望な新しい設計を考案しました。これは、わずか10分で充電される電気自動車につながる可能性があると彼らは言います。 代替アーキテクチャは、高性能リチウム金属と固体電解質を利用して数千サイクルにわたって安定性を維持することにより、同等のバッテリーよりもはるかに長い寿命を提供するとも主張されています。

科学者たちは、アノードに使用されているグラファイトと銅をリチウム金属に交換することで、今日のリチウムイオン電池の性能を向上させたいと考えています。 アノードは、液体電解質およびバッテリーの他の電極であるカソードと連動して、デバイスの充電および放電時にイオンを前後に通過させます。リチウム金属の優れた容量と密度により、これらの目的に魅力的な材料になります。

「リチウム金属電池は、その容量とエネルギー密度が高いため、電池化学の聖杯と見なされています」と、ハーバードジョンA.ポールソン工学応用科学部の材料科学准教授であるXinLi氏は述べています。 「しかし、これらのバッテリーの安定性は常に劣っています。」

この安定性の低さの背後にある理由は、デンドライトと呼ばれる小さな針状の突起がリチウム金属アノードの表面に形成され、液体電解質に入り込み、バッテリーの性能を低下させ、しばしば短絡または発火を引き起こします。

揮発性溶媒を含む液体電解質の代わりに固体電解質を使用することは、科学者がこの問題を回避することを望んでいる方法のXNUMXつです。 有望な潜在的な解決策は、 マサチューセッツ工科大学（MIT） そしてオーストラリアの ディーキン大学 最近、そして今、ハーバードの科学者たちは、BLTサンドイッチに例えられたデザインをミックスに投入しています。

チームは、それぞれが異なる安定度を持つ異なる層から構築することにより、デンドライトによる破壊から固体リチウム金属電池を保護しようとしました。 これらは、パンとして機能するXNUMXつの電極の間に位置し、グラファイトコーティング（レタス）、第XNUMX電解質層（トマト）、第XNUMX電解質層（ベーコン）、最後に第XNUMX電解質の別の層（トマト）を含みます。 ）。

リサバロウズ/ハーバードSEAS

XNUMXつの電解質の化学的性質にはわずかな違いがあり、最初の電解質はデンドライトの浸透を起こしやすいがリチウムではより安定し、XNUMX番目の電解質はリチウムでは安定性が低いがデンドライトの影響を受けません。 このように、バッテリーはデンドライトの形成を防ぎませんが、サンドイッチの「ベーコン」層によって突起がブロックされているため、デンドライトの形成を安全に制御して封じ込めることができます。

「バッテリーを安定させるために不安定性を組み込むという私たちの戦略は直感に反しますが、アンカーが壁に入るネジをガイドして制御できるように、多層設計も樹状突起の成長をガイドして制御できます」と、LuhanYe氏は述べています。 -論文の著者およびSEASの大学院生。

さらに、バッテリーは樹状突起によって作成されたギャップを埋め戻すことによってそれ自体を回復することができます。 テストでは、チームはバッテリーが82サイクル後に容量の10,000％を保持していることを発見し、電気自動車が10〜20分以内に充電できるような電流密度を実証しました。

「この概念実証設計は、リチウム金属全固体電池が市販のリチウムイオン電池と競合する可能性があることを示しています」とLi氏は言います。 「そして、当社の多層設計の柔軟性と多様性により、電池業界の大量生産手順と互換性がある可能性があります。 商用バッテリーにスケールアップするのは簡単ではなく、まだいくつかの実用的な課題がありますが、それらは克服されると信じています。」

研究は雑誌に掲載されました 自然.

情報源： ハーバード大学

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出典：https：//newatlas.com/energy/sandwich-style-battery-charge-evs-10-minutes/