باتری حالت جامد با چگالی انرژی 1,070 Wh/L می‌تواند نقطه عطفی برای خودروهای برقی باشد

پژوهشگران در اروپا با استفاده از یک روش جدید، یک باتری حالت جامد با چگالی انرژی بالا توسعه داده‌اند.

این باتری که به تولید خطوط باتری‌های لیتیوم-یونی مدرن مناسب است، چگالی انرژی 1070 Wh/L دارد. نمونه اولیه این باتری توسط ۱۴ شریک اروپایی در کنسرسیوم SOLiDIFY توسعه یافته است. این باتری در آزمایشگاه پیشرفته ای در EnergyVille در خنک، بلژیک، ساخته شده و با ترکیب یک کاتد ضخیم و پرانرژی (NMC شامل نیکل، منگنز و کبالت) از یک آند نازک لیتیوم-فلزی و جداکننده الکترولیت جامد نازک بهره می‌برد.

فرآیند تولید نیازبه دمای اتاق دارد

فرآیند تولید در دمای اتاق انجام شده و قابلیت تطابق با خطوط تولید کنونی باتری‌های لیتیوم-یونی را دارد. پژوهشگران معتقدند که این روش کمتر از 150 یورو به ازای هر کیلووات‌ساعت هزینه خواهد داشت. باتری دارای چگالی انرژی 1070 Wh/L است که از 800 Wh/L باتری‌های لیتیوم-یونی امروز بالاتر است.

این روش مقرون به صرفه می‌تواند به تولید تجاری باتری‌های لیتیوم-فلزی حالت جامد برای الکتروموبیلیتی منجر شود.

تغییر فاز الکترولیت از مایع به جامد

شرکت فناوری فرانسوی Solvionic، از مواد نانو کامپوزیت پلیمر شده بر پایه‌ی مایعات یونی به منظور ساخت الکترولیت حالت جامد برای این نمونه اولیه استفاده کرده است. این الکترولیت از فاز مایع به جامد تغییر فاز داد و به اعمال لایه‌های الکترولیت نازک ۲۰ میکرومتر بر روی کاتدهای ۱۰۰ میکرومتر امکان داد. این پیشرفت، ساخت پشته‌های سلولی باتری فشرده‌تر و چگالی انرژی حجمی بالاتر را ممکن می‌سازد، گزارش داد PV Magazine.

باتری‌های حالت جامد منافع احتمالی شامل چگالی انرژی بالاتر و کاهش حساسیت به آتش‌سوزی را ارائه می‌کنند.

در سطح مواد، چگالی انرژی بالاتر سلول ناشی از معرفی یک آند نازک لیتیوم-فلزی به همراه جداکننده الکترولیت جامد نازک می‌باشد. با این حال، توسعه یک معماری مقرون به صرفه برای تولید انبوه آن‌ها باقی مانده است.

این دستاورد از طریق ارزیابی و بهینه‌سازی دقیق مواد جدید و پوشش‌های پیشرفته‌ای که توسط شرکا ارائه شد، حاصل شد. برای الکترولیت نمونه‌ی اولیه، از یک ماده نانو کامپوزیت جامد بر پایه مایعات یونی پلیمری شده استفاده شده که امپا برای آن درخواست ثبت اختراع داده است.

کنسرسیوم همچنین بر چالش‌های استحکام مکانیکی و تزریق کاتد برای افزایش نرخ شارژ سلول تا ۳ ساعت و عمر آن تا ۱۰۰ چرخه فائق آمد. در مقایسه با سایر الکترولیت‌های حالت جامد، سلول با ثبات حرارتی بیشتر و کاهش قابلیت اشتعال، ایمنی را بهبود بخشید. کاربرد پوشش‌های حفاظتی نانو متری به استفاده از کاتدهای NMC کمتر حاوی کبالت، کاهش تأثیرات زیست محیطی و افزایش ظرفیت کمک کرد، طبق گفته‌ی امپا.

پروژه SOLiDIFY H2020 از بودجه برنامه پژوهش و نوآوری Horizon 2020 اتحادیه اروپا حمایت مالی دریافت کرد و توسط IMEC هماهنگ شد.

این پروژه شامل توسعه یک فناوری باتری لیتیوم-فلزی حالت جامد قابل تولید با استفاده از یک الکترولیت جامد پردازش شده از مایع به جامد بود که به الکترودها تزریق شده و مزایای متعددی از نظر عملکرد سلولی و مقیاس‌پذیری تولید به همراه دارد که مستقیماً با هزینه‌های سلولی مرتبط می‌باشد.