Solid state baterija donosi povećanje gustoće energije

Nizozemska tvrtka imec, koja se nalazi u sastavu konzorcija SOLiDIFY kojeg sufinancira Europska unija, zajedno s 13 europskih partnera, najavljuje razvoj litij-metalne solid-state baterije visokih performansi.

Prototip baterije koju proizvodi imec u najsuvremenijem laboratoriju za sastavljanje baterija u EnergyVilleu u Belgiji, ima jedinstveni čvrsti elektrolit koji su zajednički razvili imec i partneri. 

Ove baterije koriste čvrsti elektrolitski materijal kroz koji ioni teku za punjenje i pražnjenje, umjesto tekućeg elektrolita koji se koristi u konvencionalnim litij-ionskim baterijama. To nudi potencijalne prednosti kao što su veća gustoća energije i smanjena osjetljivost na požare. Na razini materijala, veća gustoća energije ćelije rezultat je uvođenja tanke litijeve metalne anode, zajedno s dovoljno tankom komponentom čvrstog elektrolita.

Unutar projekta SOLiDIFY, imec i njegovih 13 europskih partnera stvorili su prototip litij-metalne baterije s čvrstim elektrolitom visokih performansi. Pouch ćelija, proizvedena u najsuvremenijem laboratoriju za baterije EnergyVille (Genk, Belgija), postigla je iznimnu gustoću energije od 1070 Wh/L, u usporedbi s maksimalnih 800 Wh/L za litij-ionske tehnologije.

Važno je napomenuti da s proizvodnim procesom kojim se može upravljati na sobnoj temperaturi, koji je prilagodljiv trenutnim linijama za proizvodnju litij-ionskih baterija i koji se predviđa da košta manje od 150 € po kWh, ovaj proces obećava pristupačan industrijski prijenos.

Ovo postignuće ostvareno je pažljivom procjenom i optimizacijom novih materijala i naprednih premaza koje su osigurali partneri. Za čvrsti elektrolit prototipa korišten je nanokompozitni materijal na bazi dopirane polimerizirane ionske tekućine (PIL), što je omogućilo jedinstveni pristup skrućivanju "tekućine u krutinu". Visoka gustoća energije postignuta je kombinacijom kompozitne katode velikog kapaciteta, odvojene od tanke litijeve metalne anode tankim separatorom čvrstog elektrolita (50 μm), što je rezultiralo kompaktnim skupom baterijskih ćelija.

Osim toga, konzorcij je prevladao izazove mehaničke čvrstoće i impregnacije katode kako bi povećao brzinu punjenja ćelije na 3 sata i životni vijek na 100 ciklusa. U usporedbi s tekućim elektrolitima, toplinski stabilna čvrsta ćelija imala je smanjenu zapaljivost, poboljšavajući sigurnost. Primjena nanometarski tankih zaštitnih premaza omogućila je korištenje NMC katoda siromašnih kobaltom, smanjujući utjecaj na okoliš uz pružanje većeg kapaciteta.

Sljedeći koraci uključuju daljnje povećanje veličine ove tehnologije baterija visokih performansi. Dodatno, imec ima za cilj kontinuirano povećavati energiju i gustoću snage tehnologija za pohranu energije, također istražujući katodne materijale sljedeće generacije i litij-metalne anode korištenjem elektroplatiranja.