Ученые разработали новые принципы проектирования твердотельных аккумуляторов, что приведет к прогрессу в их дальнейшей разработке.
Исследователи из Корейского института энергетических исследований (KIER) и из Ульсанского национального института энергетики (UNIST) разработали универсальные принципы проектирования твердотельных батарей, что ознаменовало сдвиг парадигмы в этой области. Об этом пишет Interesting Еngineering.
Новый метод может ускорить разработку и внедрение твердотельных батарей. Исследователи во многом полагались на опыт комбинирования материалов и контроля параметров конструкции. Они установили количественные параметры, такие как порог баланса, порог перколяции и порог загрузки. Эти параметры составляют основу первых универсальных принципов проектирования твердотельных аккумуляторов.
Интересно, что пакетный элемент емкостью 0,5 Ач, построенный на данных принципах, достиг впечатляющей плотности энергии 310 Втч/кг и получил сертификацию. Батарея нового типа она превысила плотность энергии коммерческих литиевых батарей (около 250 Втч/кг).
На плотность энергии твердотельных энергонакопителей влияет плотность активных материалов в катоде. Порог баланса определяет идеальное соотношение пространств, заполняющих твердый электролит, между частицами активного материала в катоде. Разработчики использовали концепцию "кубической закрытой упаковки" для определения баланса между плотностью энергии и плотностью мощности.
Порог перколяции устанавливает минимальное условие литий-ионной проводимости в композитном катоде. Обеспечивает контакт между композиционными частицами активных материалов и твердыми электролитами.
Порог нагрузки определяет идеальные условия для минимизации падения напряжения внутри катода. Это помогает подобрать оптимальную толщину электрода.
Исследователи также создали SolidXCell — набор инструментов для проектирования твердотельных батарей, доступный для производителей.
Реализация новых принципов проектирования, а также соответствующего инструментария приведет к прогрессу в разработке твердотельных батарей. Исследователи ожидают, что эти инструменты облегчат процесс проектирования и повысят производительность.