В Южной Корее разрабатывают сухой способ производства пакетных батарей с повышенной емкостью: 349 Втч/кг с литиевым анодом и 291 Втч/кг с графитовым

Корреспондент Гу Бон Хёк

- Корейский институт энергетических исследований разработал технологию производства «сухих» электродов для вторичных батарей с использованием «двойной волокнистой структуры»

- Применяется сухой процесс без токсичных органических растворителей, что позволяет достичь рост плотности энергии на 40% по сравнению с коммерческими электродами

Батареи пакетного типа, изготовленные с использованием новоразработанной технологии. Батарея с литий-металлическим анодом (вверху) и батарея с графитовым анодом (внизу) [Предоставлено Корейским институтом энергетических исследований]

Исследовательская группа под руководством доктора Сон Гю Чжина из Корейского института энергетических исследований в сотрудничестве с Кембриджским университетом и Ульсанским национальным институтом науки и технологий разработала новую технологию производства электродов для вторичных батарей с использованием сухого процесса, которая преодолевает ограничения существующих процессов производства электродов.

Разработанная исследовательской группой технология представляет собой сухой процесс производства с двойной волокнистой структурой, при котором одновременно формируются тонкие «нити» и толстые «веревки» внутри электрода. Эта технология одновременно решает проблемы низкой прочности смешивания и снижения производительности, присущие существующим сухим процессам.

Методы производства электродов для вторичных батарей широко подразделяются на мокрые и сухие процессы в зависимости от использования растворителей. Сухие процессы, в которых не используются растворители, имеют такие преимущества, как более высокая скорость техпроцесса, меньшее загрязнение окружающей среды и снижение энергопотребления. Однако существующие сухие процессы постоянно сталкиваются с проблемами, связанными с трудностью равномерного смешивания материалов электродов, а низкая прочность смешивания приводит к снижению производительности и долговечности готовых батарей.

Чтобы преодолеть структурные ограничения сухого процесса, исследовательская группа, вместо того чтобы изменить состав существующего связующего вещества из политетрафторэтилена (PTFE), контролировала физическую структуру материала, чтобы получить связующее вещество PTFE с «двойной волокнистой» структурой.

Они разработали инновационный многоступенчатый процесс, разделив метод добавления связующего вещества из одного этапа на два. Сначала вводилось небольшое количество связующего вещества для первичного смешивания, образуя тонкую «нитевидную» волокнистую сеть, которая плотно соединяет активный материал и проводящую добавку. Затем проводилось вторичное смешивание с добавлением оставшегося связующего вещества, что позволяло сформировать толстую, прочную «веревочную» волокнистую структуру, сохраняя при этом существующую волокнистую сеть.

Полученная мелкая волокнистая сеть из «нитей» равномерно распределяет составляющие материалы, такие как активный материал и проводящая добавка, обеспечивая стабильные реакции и повышая производительность батареи. Толстые волокна в виде «веревок» плотно связывают весь электрод, значительно увеличивая его прочность и механическую стабильность, а также повышая долговечность, необходимую для процессов массового производства.

Задняя обложка сентябрьского номера международного научного журнала «Energy & Environmental Science», в котором представлено данное исследование [Предоставлено Корейским институтом энергетических исследований]

Оценка производительности показала, что разработанный исследовательской группой сухой электрод достиг высокую плотность емкости - 10,1 миллиампер-часа на квадратный сантиметр (мАч/см²). Применение данного электрода к пакетной ячейке с литиевым анодом дало плотность энергии в 349 ватт-часов на килограмм (Втч/кг), что примерно на 40% превышает показатели электродов, доступных на рынке (около 250 Втч/кг). Что касается пакетной ячейки с графитовым анодом, она достигла плотности энергии в 291 Втч/кг, что примерно на 20 % выше, чем у элементов, изготовленных по мокрой технологии в одинаковых условиях.

«Данное исследование имеет большое значение, поскольку оно обеспечивает уникальный техпроцесс, способный одновременно решить две ключевые проблемы сухих электродов - электрохимическую однородность и механическую прочность» - сказал доктор Сон Гю Чжин, добавив: «Мы ожидаем, что это не только повысит ценовую конкурентоспособность в отрасли вторичных батарей, но и позволит применять их в электромобилях и системах хранения энергии (ESS), требующих высокой плотности энергии».

Результаты исследования опубликованы в сентябрьском номере международного научного журнала «Energy & Environmental Science».

nbgkoo@heraldcorp.com 

#южнаякорея #корея #политика #экономика #промышленность #технология #аккумуляторы #батарей #ячейки #бизнес #финансы #медицина #здоровье #общество #культура #искусство #азия