Μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής την Jennifer Rupp με επιστήμονες από το MIT, το Cambridge και το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου έχει αναπτύξει μια νέα συνθετική διαδικασία για την κατασκευή επαναφορτιζόμενων μπαταριών ιόντων λιθίου από κεραμικά λιθίου.
Τα κεραμικά οξείδια λιθίου θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως στερεός ηλεκτρολύτης σε μια πιο ισχυρή και οικονομικά αποδοτική γενιά επαναφορτιζόμενων μπαταριών ιόντων λιθίου.
Η πρόκληση είναι να βρεθεί μια μέθοδος παραγωγής που να λειτουργεί χωρίς πυροσυσσωμάτωση σε υψηλές θερμοκρασίες. Η ομάδα ερευνητών εισήγαγε μια μέθοδο χωρίς πυροσυσσωμάτωση για την αποτελεσματική, χαμηλής θερμοκρασίας σύνθεση αυτών των κεραμικών σε αγώγιμη κρυσταλλική μορφή.
Μετά τις συμβατικές
Δύο παράγοντες κυριαρχούν στην ανάπτυξη των μπαταριών για ηλεκτρικά οχήματα: η ισχύς, η οποία καθορίζει την αυτονομία του οχήματος και το κόστος, το οποίο είναι κρίσιμο στον ανταγωνισμό με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ στοχεύει να επιταχύνει τη μετάβαση από βενζινοκίνητα οχήματα σε ηλεκτρικά οχήματα και έχει θέσει φιλόδοξους στόχους για τη μείωση του κόστους παραγωγής και την αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας των μπαταριών έως το 2030. Αυτοί οι στόχοι δεν μπορούν να επιτευχθούν με τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Πολλά υποσχόμενη
Μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την κατασκευή μικρότερων, ελαφρύτερων, σημαντικά πιο ισχυρών και ασφαλέστερων μπαταριών είναι η χρήση κυψελών στερεάς κατάστασης με ανόδους κατασκευασμένες από μεταλλικό λίθιο αντί για γραφίτη.
Σε αντίθεση με τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι οποίες έχουν υγρούς οργανικούς ηλεκτρολύτες και χρησιμοποιούν ένα φιλμ για να διαχωρίζουν τα ανοδικά και καθοδικά τμήματα, όλα τα συστατικά μιας μπαταρίας είναι στερεά. Ένα λεπτό κεραμικό στρώμα λειτουργεί ταυτόχρονα ως στερεός ηλεκτρολύτης και διαχωριστής.
Είναι πολύ αποτελεσματικό τόσο έναντι των επικίνδυνων βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από την ανάπτυξη δενδριτών του λιθίου όσο και έναντι της θερμικής διαφυγής.
Επιπλέον, δεν περιέχουν εύκολα εύφλεκτα υγρά. Ένας κατάλληλος κεραμικός ηλεκτρολύτης/διαχωριστής για κυψέλες με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα είναι το οξείδιο λιθίου . Αυτό το υλικό πρέπει να πυροσυσσωματωθεί μαζί με την κάθοδο σε θερμοκρασία μεγαλύτερη των 1050° C για να μετατραπεί στην ταχεία κυβική κρυσταλλική φάση , προκειμένου να πυκνώσει επαρκώς και να το δεσμεύσει ισχυρά με το ηλεκτρόδιο.
Ωστόσο, οι θερμοκρασίες άνω των 600° C αποσταθεροποιούν βιώσιμα υλικά καθόδου χαμηλής περιεκτικότητας σε κοβάλτιο ή χωρίς κοβάλτιο ενώ αυξάνουν επίσης το κόστος παραγωγής και την κατανάλωση ενέργειας. Απαιτούνται νέες μέθοδοι παραγωγής που να είναι πιο οικονομικές και βιώσιμες.
Με βάση τις γνώσεις που απέκτησε η ομάδα εργασίας για τη διαδικασία κρυστάλλωσης, ανέπτυξαν μια διαδρομή μέσω της οποίας το λαμβάνεται ως πυκνό, στερεό φιλμ μετά από 10 ώρες στη σχετικά χαμηλή θερμοκρασία των 500°C – χωρίς πυροσυσσωμάτωση. Για μελλοντικούς σχεδιασμούς μπαταριών, αυτή η μέθοδος θα επιτρέψει την ενσωμάτωση του στερεού ηλεκτρολύτη με βιώσιμες καθόδους που θα μπορούσαν να αποφύγουν τη χρήση κοινωνικοοικονομικά κρίσιμων στοιχείων όπως το κοβάλτιο.
