- Ingenieure entwickeln eine leistungsstarke Festkörperbatterie mit einer Anode aus reinem Silizium
서울, 쥐드코리아, 25. 2021년 XNUMX월 /PRNewswire/ — Ingenieure haben einen neuen Batteryp entwickelt, der zwei vielversprechende Batterie-Teilbereiche in einer einzigen Batterie vereint. Die Batterie verwendet sowohl einen Festkörperelektrolyten als auch eine Vollsiliziumanode, was sie zu einer reinen Silizium-Festkörperbatterie macht. Die ersten Testrunden haben gezeigt, dass die neue Batterie sicher ist, eine lange Lebensdauer hat und eine hohe Energiedichte aufweist. Sie ist vielversprechend für eine breite Palette von Anwendungen, von der Netzspeicherung bis hin zu Elektrofahrzeugen.
der Ausgabe vom 24의 Die Batterietechnologie wird. 2021년 XNUMX월 데르 Fachzeitschrift 과학 베슈리벤. 나노 기술 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스 LG Energy Solution의 Forschern이 Zusammenarbeit에 있는 Forschung에 대해 설명합니다.
Siliziumanoden sind berühmt für ihre Energiedichte, die 10-mal höher ist als die der Graphitanoden, die in den heutigen kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien am häufigsten verwendet werden. Andererseiits sind Siliziumanoden dafür berüchtigt, dass sie sie beim Laden und Entladen der Batterie ausdehnen und zusammenziehen and dass sie sich mit flüssigen Elektrolyten abbauen. Diese Herausforderungen haben dazu geführt, dass Vollsiliziumanoden trotz der verlockenden Energiedichte nicht in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden. Die neue Arbeit, die in der Fachzeitschrift 과학 veröffentlicht wurde, zeigt einen vielversprechenden Weg für Vollsiliziumanoden auf – dank des richtigen Elektrolyten.
"Mit dieser Batteriekonfiguration betreten wir Neuland für Festkörperbatterien, die Anoden aus Legierungen wie Silizium verwenden", sagte 대런 HS 탄, der Hauptautor der Studie. Er hat vor kurzem seine Promotion in Chemieingenieurwesen and der UC San Diego Jacobs School of Engineering abgeschlossen und ist Mitbegründer des Start-ups UNIGRID Battery, das diese Technologie lizenziert hat.
전기 에너지 생성 및 전기 에너지 생성은 금속 화학 리튬과 양극으로 사용됩니다. Dies führt jedoch zu Einschränkungen bei den Batterieladezeiten und erfordert eine hohe Temperatur (in der Regel 60 Grad Representatives oder mehr) während des Ladevorgangs. Die Siliziumanode überwindet diese Beschränkungen und ermöglicht viel schnellere Ladegeschwindigkeiten bei Raum- und Niedrig temperaturen, während gleichzeitig hohe Energiedichten beibehalten werden.
Das Team Demonstrierte eine vollständige Zelle im Labormaßstab, die 500 Lade- und Entladezyklen mit einer Kapazitätserhaltung von 80 % bei Raumtemperatur ermöglicht.
Silizium as Anode zum Ersatz von Graphit
Siliziumanoden sind natürlich nicht neu. Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftler und Batteriehersteller nach Silizium als energiereichem Material, das in Lithium-Ionen-Batterien mit herkömmlichen Graphitanoden gemischt werden oder diese vollständig ersetzen kann. Theoretisch bietet Silizium etwa die zehnfache Speicherkapazität von Graphit. In der Praxis haben Lithium-Ionen-Batterien, bei denen der Anode zur Erhöhung der Energiedichte Silizium zugesetzt wurde, jedoch in der Regel mit Leistungsproblemen zu kämpfen: Insbesondere ist die Anzahl äungn der
Ein Großteil des Problems wird durch die Wechselwirkung zwischen Siliziumanoden und den flüssigen Elektrolyten, mit denen sie gepaart sind, verursacht. Die Situation wird durch die große Volumenausdehnung der Siliziumteilchen während des Ladens und Entladens erschwert. 죽음은 Laufe der Zeit zu erheblichen Kapazitätsverlusten을 위한 것입니다.
"Als Batterieforscher ist es von entscheidender Bedeutung, die Probleme im System an der Wurzel zu packen. Bei Siliziumanoden wissen wir, dass eines der größten Probleme die Instabilität der Flüssigelektrolyt-Grenzfläche ist", sagt 셜리 멩, Nanotechnik an der UC San Diego 교수, Autorin der 과학 Veröffentlichung 및 Direktorin des Institute for Materials Discovery and Design an der UC San Diego. "Wir brauchten einen völlig anderen Ansatz", sagte Meng.
Das von der UC San Diego Geleitete Team verfolgte einen anderen Ansatz: Es eliminierte den Kohlenstoff und die Bindemittel und verwendete Reine Siliziumanoden. Darüber hinaus verwendeten die Forscher Mikro-Silizium, das weniger bearbeitet 및 preiswerter ist als das haufiger verwendete Nano-Silizium.
Eine reine 솔리드 스테이트 뢰성
Das Team entfernte nicht nur den gesamten Kohlenstoff und die Bindemittel von der Anode, sondern auch den flüssigen Elektrolyten. Stattdessen verwendeten sie einen festen Elektrolyten auf Sulfidbasis. Ihre Experimente Zeigten, Dass dieser Festelektrolyt in Batterien mit Vollsiliziumanoden äußerst stabil ist.
"Diese neue Arbeit bietet eine vielversprechende Lösung für das Problem der Siliziumanode, auch wenn es noch mehr zu tun gibt", sagte 교수 Shirley Meng. "Ich sehe dieses Projekt als Bestätigung unseres Ansatzes in der Batterieforschung hier an der UC San Diego. Wir verbinden strengste theoretische und Experimentelle Arbeit mit Kreativität und unkonventionellem Denken. Wir wissen auch, Wie man mit Partnern aus der Industrie zusammenarbeitet und gleichzeitig schwierige grundlegende Herausforderungen bewältigt.”
Bisherige Bemühungen um die Kommerzialisierung von Anoden aus Siliziumlegierungen konzentrierten sich hauptsächlich auf Silizium-Graphit-Verbundwerkstoffe oder auf die Kombination nanostrukturierter Partikel mit. Aber sie hatten immer noch mit mangelnder Stabilität zu kämpfen.
Indem SIE 덴 flüssigen Elektrolyten 게겐 덧글 festen Elektrolyten austauschten 싶게 gleichzeitig 덴 Kohlenstoff 싶게 Bindemittel는 폰 데르 Siliziumanode entfernten, vermieden Anoden 다이 wenn Forscher 아이네 Reihe 폰 Problemen 다이 entstehen을 다이 다이 während DES BETRIEBS 데르 BATTERIE MIT DEM organischen flüssigen Elektrolyten durchtränkt werden.
Gleichzeitig konnte das Team durch den Wegfall des Kohlenstoffs in der Anode den Grenzflächenkontakt (und unerwünschte Nebenreaktionen) mit dem Festelektrolyten erheblich reduzieren und so den kontinuiertekverlust den
Dieser zweiiteilige Schritt ermöglichte es den Forschern, die Vorteile der kostengünstigen, energiereichen und umweltfreundlichen Eigenschaften von Silizium voll auszuschöpfen.
Auswirkungen 및 스핀오프 Kommerzialisierung
"Der Festkörper-Silizium-Ansatz überwindet viele Einschränkungen herkömmlicher Batterien. Das eröffnet uns spannende Möglichkeiten, die Marktanforderungen nach höherem Energievolumen, niedrigeren Kosten und sichereren Batterien, insbesondere für die Energiespeicherung im Netz, zu erfüllen", sagte 대런 HS 탄, 데르 Erstautor 데르 비센샤프트리헨 아르바이트.
Feste Elektrolyte auf Sulfidbasis galten 종종 불안정한 상태로 작동합니다. Dies beruhte jedoch auf den 전통적인 thermodynamischen Interpretationen, die für flüssige Elektrolytsysteme verwendet wurden, was der hervorragenden kinetischen Stabilität von Festelektrolyten nicht gerecht wurde. Das Team sah eine Möglichkeit, diese kontraintuitive Eigenschaft zu nutzen, um eine hochstabile Anode zu schaffen.
Tan ist CEO 및 Mitbegründer eines Startups, UNIGRID Battery, das die Technologie für diese Silizium-Festkörperbatterien lizenziert hat.
UC San Diego와 병렬 연결은 LG 에너지 솔루션과 함께 verbundene Grundlagenarbeit fortgesetzt, einschließlich einer zusätzlichen Forschungszusammenarbeit mit.
"LG Energy Solution ist hocherfreut, dass die neueste Forschung zur Batterietechnologie mit der UC San Diego es in die Fachzeitschrift 과학 geschafft hat, eine bedutende Anerkennung”, sagte 김명환 사장 겸 최고구매책임자(CEO)는 LG에너지 솔루션이다. "Mit den neuesten Erkenntnissen ist LG Energy Solution der Realisierung von Festkörperbatterietechniken ein großes Stück näher gekommen, is unsere Batterieproduktpalette erheblich diversifizieren würde."
"Als führender Batteriehersteller wird LGES seine Bemühungen fortsetzen, 현대적인 Techniken in der Spitzenforschung für Batteriezellen der nächsten Generation zu fördern", fügte Kim hinzu. LG Energy Solution hat angekündigt, dass es seine Forschungszusammenarbeit mit der UC San Diego im Bereich der Festkörperbatterien weiter ausbauen will.
Die Studie wurde von LG Energy Solution's Open Innovation unterstützt, einem Programm, das Forschung im Bereich Batterien aktiv fördert. Die LGES hat mit Forschern in aller Welt zusammengearbeitet, um entsprechende Techniken zu fördern.
티텔 데르 아르바이트
Ausgabe vom 24에서 "황화물 고체 전해질에 의해 활성화된 무탄소 고부하 실리콘 양극". 2021년 XNUMX월 의 과학.
저자
대런 HS 탄, 첸 유팅, 양헤디, Wurigumula Bao, Bhagath Sreenarayanan, 장 마리 두, 리 웨이캉, 루빙규, 함소연, 바하락 사야푸르, 조나단 샤프, 에릭 A. 우, 그레이슨 다이셔, 첸 젱 싶게 잉 셜리 멩 vom NanoEngineering, 화학 공학 프로그램 및 SPEC(지속 가능한 전력 및 에너지 센터)학과 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스 제이콥스 공과대학; 한혜은, 하회진, 정혜리, 이정범, LG에너지솔루션㈜
금융
다이어트 연구 wurde von der Firma LG Energy Solution im Rahmen des Battery Innovation Contest(BIC) finanziell unterstützt. ZC는 스타트업을 위한 지원을 위한 기반 시설을 갖추고 있습니다. 야곱 학교 공학 der 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스. YSM은 Zable Endowed Chair Fund를 위해 재정적 지원을 받습니다.
Informationen zu LG 에너지 솔루션
LG Energy Solution은 전기 에너지 공급 장치(EV), 에너지 공급 장치 및 에너지 공급 장치(ESS)를 위한 에너지 솔루션입니다. Mit 30 Jahren Erfahrung im Bereich der fortschrittlichen Batterietechnologie entwickelt sich das Unternehmen rasant in Richtung der Verwirklichung eines nachhaltigen Lebens. Mit über 24.000 Mitarbeitern in einem zuverlässigen globalen Netzwerk, das sich über die USA, Europa, Asien und Australien erstreckt, engagiert sich LG Energy Solution mehr denn je für die Entwicklung Innovationr Technologien, die Energie der Zukunft einen Schritt näher 가져오기. Für weitere Informationen besuchen Sie bitte https://www.lgensol.com.
관련 링크
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출처 LG에너지솔루션
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