革新的なバッテリー構造は、Li サイクルの高速充電目標を超える

Jun 29, 2023

2023 年 8 月 4 日

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メリーランド大学著

現在のバッテリーは、必要な充電時間と到達可能な距離によって制限されています。 米国エネルギー省 (DOE) は、電気自動車 (EV) バッテリーを充電するための 10 分の急速充電目標を策定しました。

ただし、充電電流が速いリチウムイオン電池では、カーボンアノードにリチウム金属メッキが施され、致命的なリチウムデンドライトショートが形成される可能性があります。 リチウム金属アノードには、これらの問題を克服する可能性があります。これは、問題となるリチウム金属のメッキではなく、実際にはそれがアノードであり、さらに、リチウム金属アノードにより、より高いエネルギー密度のバッテリーが可能になり、EVの航続距離が可能になるためです。 しかし、今日まで、リチウム金属アノードの充電速度は、リチウムデンドライトショートの形成によって制限されたままです。

メリーランド州エネルギーイノベーション研究所 (MEI2) の所長であり、メリーランド大学 (UMD) の特別教授であるエリック・ワックスマン博士と彼の研究チームは、単相の混合イオン・電子伝導 (MIEC) ガーネット材料を開発しました。以前に開発した 3D アーキテクチャに統合すると、リチウム サイクリングに対する DOE の高速充電目標を達成しただけでなく、それを 10 倍も超えました。

MIEC ガーネットの多孔質構造は、電位を表面全体に均一に広げることでサイクリング中に固体電解質 (SE) にかかるストレスを軽減し、樹枝状結晶の形成を誘発する可能性のある局所的なホットスポットを防ぎます。

この革新的な材料と構造は、EV やその他の用途に影響を与える大きな進歩です。 論文「混合イオン電子伝導 (MIEC) ガーネット 3D アーキテクチャによって可能になる極端なリチウム金属サイクリング」は、Nature Materials に掲載されます。

Li サイクル速度 (X 軸)、1 サイクルあたりの Li 量 (円の直径)、および累積 Li サイクル (Y 軸) は、電流密度、サイクルあたりの面積容量、および累積容量に関する DOE 高速充電目標をはるかに上回っています。室温、NO 加圧下で。 この Li サイクル機能により、EV は、予想される EV の寿命/保証要件をはるかに超えて、10 年間毎日 100% 深度の放電サイクルを実行できるようになります。

ACCESSアルゴンヌ国立研究所の主任科学者であり、シカゴ大学プリツカー分子工学大学院教授のY.シャーリー・メン博士は、「ワックスマン氏とチームは、この研究でリチウム金属アノードの優れたレート能力を実証した。 「革新的な 3D デザインとユニークなアーキテクチャにより、このような性能を達成することができました。このようなアプローチは、次世代の高エネルギー充電式バッテリーの設計に新しいパラダイムを切り開きます。」