Nano-springtechnologie verhoogt de duurzaamheid van de batterij en energiedichtheid

Een onderzoeksteam heeft technologie ontwikkeld die de levensduur en energiedichtheid van batterijen voor elektrische voertuigen (EV) drastisch zou kunnen vergroten.

Een EV -batterij moet zijn prestaties behouden terwijl ze herhaaldelijk worden opgeladen en ontladen. De huidige technologie heeft echter één groot probleem: het laad- en ontlaadproces zorgt ervoor dat de positieve actieve materialen van de batterij zich herhaaldelijk uitbreiden en contracteren, waardoor microscopische scheuren binnenin veroorzaakt. Naarmate de tijd verstrijkt, neemt de batterijprestaties drastisch af. Om dit te voorkomen, verhogen onderzoekers de sterkte van de actieve materialen van de kathode of door het toevoegen van versterkingsdopant, maar deze kunnen geen fundamentele oplossing worden.

De sleutel tot dit onderzoek, onlangs gepubliceerd in ACS nanois de nano-springcoatingtechnologie die elastische structuren kan ontwerpen. Het onderzoeksteam implementeerde een meerwandige koolstofnanobuis (MWCNT) op het oppervlak van batterij-elektrodenmaterialen. Deze geabsorbeerde spanningsergie die wordt gegenereerd door het laad- en ontlaadproces, het voorkomen van scheuren en het minimaliseren van dikteveranderingen in elektroden om de stabiliteit te verbeteren. Het team onderdrukte met succes en effectief scheuren in de batterij en verbeterde tegelijkertijd zijn levensduur en prestaties.

Met deze technologie kunnen onderzoekers weerstand minimaliseren veroorzaakt door volumeveranderingen van het materiaal met slechts een kleine hoeveelheid (0,5 WT%, gewichtspercentage) geleidend materiaal. Het kan een hoge energiedichtheid van 570 WH/kg of hoger realiseren. Het vertoont ook een uitstekende levensduur door 78% van de initiële batterijcapaciteit te handhaven na 1.000 lading- en ontladingscycli of hoger.

In het bijzonder kan deze technologie eenvoudig worden gecombineerd met de bestaande productieprocessen voor batterijen, waardoor eenvoudige massaproductie en commercialisering mogelijk is. Verwacht wordt dat deze ontwikkeling de huidige beperkingen in de batterijtechnologie zal overwinnen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor efficiëntere en duurzame EV -batterijen. Dit kan bijdragen aan de ontwikkeling van elektrische voertuigen die superieur zijn aan de bestaande.

Het team werd geleid door professor Kyu-Young Park van het Institute of Ferrous & Eco Materials Technology, Department of Materials Science & Engineering, Postech voerde gezamenlijk onderzoek uit met Samsung SDI, Northwestern University en Chung-Ang University.

Professor Park van Postech zei: “Met een andere aanpak dan bestaande, controleerde dit onderzoek effectief veranderingen die kunnen optreden bij een batterij tijdens het oplaad- en ontlaadproces. Deze technologie kan niet alleen worden gebruikt in de secundaire batterij -industrie, maar ook in verschillende industrieën waar materiaal duurzaamheid belangrijk is.”