Il-batteriji tal-istat solidu saru l-aktar teknoloġija promettenti biex tissostitwixxi l-batteriji tal-litju. L-MIT ġabar fil-qosor l-aħħar progress fit-teknoloġija tal-batteriji ta 'stat solidu

Batteriji ta 'stat solidu (SSBs) huma teknoloġija ta' batterija emerġenti b'densità għolja ta 'enerġija li tista' tikkompeti ma 'batteriji tal-jone tal-litju (LIBs), li jipprovdu enerġija għal diversi apparati elettroniċi fis-suq kurrenti. B'differenza mill-batteriji tal-jone tal-litju tradizzjonali, il-batteriji tal-istat solidu għandhom elettrolit solidu taċ-ċeramika li jifred l-anodu u l-katodu ġewwa l-batterija. F'xi batteriji, dan id-disinn jista 'juża l-litju bħala l-anodu.

Qabel ma l-batteriji fi stat solidu jkunu jistgħu jiġu kkummerċjalizzati u applikati fuq skala kbira, ir-riċerkaturi għandhom jidentifikaw strateġiji kost-effettivi biex jipproduċu l-komponenti individwali tagħhom u jiżviluppaw disinji promettenti taċ-ċelluli tal-batterija. Riċerkaturi mill-Istitut tat-Teknoloġija ta 'Massachusetts (MIT) kitbu artiklu ta' reviżjoni li jiġbor fil-qosor l-aħħar żviluppi fil-qasam u jiddeskrivi strateġiji għall-ipproċessar ta 'elettroliti solidi u konnessjonijiet ta' serje ta 'elettroliti/katodi, li jistgħu jintużaw għal disinn SSB futur.

Minħabba l-fatt li l-biċċa l-kbira tar-riċerka preċedenti ffokat fuq elettroliti solidi granulari, l-ispiża tal-produzzjoni ta '75% deskritta fit-tbassir tal-ispiża attwali tal-SSB hija stmata żżejjed ħafna, peress li huma bbażati fuq teknoloġija ta' sinterizzazzjoni klassika f'temperatura għolja għall-ipproċessar tal-elettroliti solidi. Wieħed mir-riċerkaturi li wettaq dan l-istudju, Moran Balaish, spjega li xi previżjonijiet jissuġġerixxu li jekk l-ispiża hija l-fattur determinanti, l-ispiża ta 'SSB ibbażata fuq elettroliti solidi ta' ossidu hija għolja u kważi impossibbli li tikkompeti mal-LIB. Aħna nipprovdu soluzzjonijiet ta 'manifattura b'temperatura baxxa li jaffettwaw l-assemblaġġ tal-batterija, u jissuġġerixxu li r-riċerkaturi mhux biss jirrappurtaw u jirriflettu fuq it-trasport klassiku ta' Arrhenius Li + dijagramma u tieqa ta 'stabbiltà elettrokimika, iżda wkoll jirriflettu fuq il-'baġit ta' proċessar sħun' ġdid.

Fid-dokument tagħhom, Rupp u l-kollegi tagħha jenfasizzaw li issa hemm biżżejjed opportunitajiet biex jimmanifatturaw films tal-elettroliti SSB taċ-ċeramika f'temperaturi baxxi, b'firxa ta 'daqs ta' 1-20um. Barra minn hekk, ipproponew ukoll li l-istrateġiji eżistenti jistgħu jnaqqsu l-ispiża tal-produzzjoni ta 'SSB billi jevitaw l-istrateġija ta' ko-isparar għalja li jipproduċu katodi u elettroliti.

Pereżempju, jekk il-ko-sinterizzazzjoni f'temperatura għolja tiġi evitata fid-disinn u l-manifattura tal-batteriji tal-ossidu SSB, jista 'jintuża inqas kobalt biex jipproduċi materjali tal-katodu, li jgħin biex jiġu evitati kunflitti futuri ta' riżorsi ġeopolitiċi, jispjega Rupp.

Fil-futur, l-istrateġija alternattiva ta 'ko sinterizzazzjoni diskussa minn Rupp u l-kollegi tagħha tista' taffettwa l-kompetittività ta 'batteriji ta' stat solidu bbażati fuq il-litju ossidizzat. Barra minn hekk, jistgħu wkoll iwittu t-triq għal aktar riċerka dwar batteriji solidi b'temperatura baxxa għal vetturi elettriċi jew prodotti elettroniċi portabbli.

S'issa, il-biċċa l-kbira tar-riċerka bbażata fil-laboratorju fl-akkademja għażlet li timmanifattura partiċelli sinterizzati bħala materjali tat-test u tiġbor batteriji, bi ftit gruppi biss li jistudjaw soluzzjonijiet alternattivi, bħall-iżvilupp ta' tejps manjetiċi u films irqaq biex jadattaw għall-implimentazzjoni u d-disinn kompetittiv ta' SSBs b' elettroliti rqaq u b'saħħithom. Hemm ħafna raġunijiet storiċi relatati mal-iżvilupp ta 'dan il-qasam, madankollu, l-iżvantaġġ tiegħu huwa li s-sinterizzazzjoni tal-partiċelli hija qawwija wisq, li tillimita l-integrazzjoni tal-katodu tat-tnaqqis tal-kobalt. Id-dimensjonijiet esterni tiegħu mhumiex ideali, u l-ispiża tal-proċess hija għolja, minħabba li aktar minn dawn il-materjali tal-katodu huma biss instabbli (permezz ta 'dijagrammi tal-fażi) f'ko-isparar b'temperatura għolja b'komponenti elettrolitiċi.

Il-karta ta 'reviżjoni miktuba minn Rupp u l-kollegi tagħha fl-aħħar wasslet messaġġ pjuttost sempliċi. B'mod aktar speċifiku, tenfasizza l-benefiċċji tat-tranżizzjoni għas-sintesi ta 'elettroliti SSB, u tagħmel id-daqs tagħhom simili għal dak tas-separaturi tal-polimeri klassiċi fil-LIBs. Skont ir-riċerkaturi, trasformazzjoni bħal din hija ta 'valur għat-titjib tal-istruttura tal-SSB u t-tnaqqis tal-ispiża tiegħu, filwaqt li tipprovdi wkoll possibbiltajiet ġodda għall-integrazzjoni ta' katodi mhux tal-kobalt fuq skala akbar.

Konna sorpriżi li sibna li minkejja li disinji SSB b'rekwiżiti tekniċi għandhom elettroliti rqaq u b'saħħithom, għad hemm nuqqas ta 'dejta f'dan il-qasam li turi l-biċċa l-kbira tad-dijagrammi Arrhenius u twieqi elettrokimiċi bbażati fuq partiċelli sinterizzati ta' daqs millimetru. Juan Carlos Gonzalez Rosillo kien wieħed mill-ewwel awturi.

Għalkemm bosta studji enfasizzaw il-potenzjal ta 'SSBs bi ħxuna tal-komponenti ta' ftit mikrometri biss, s'issa, ftit timijiet ipproponew strateġiji effettivi għal produzzjoni fuq skala kbira ta 'dawn il-komponenti. Fid-dokument tagħhom, Rupp u l-kollegi tagħha pproponew metodu li fl-aħħar mill-aħħar jista 'jikseb dan l-għan, ibbażat fuq evidenza ta' riċerka miġbura matul l-aħħar ftit snin.

Uħud mill-mistoqsijiet li qajjimna fid-dokument huma: liema metodi huma adattati għall-iżvilupp ta 'dawn il-komponenti, u importanti, kif dawn il-metodi se jaffettwaw il-baġit tal-ipproċessar termali biex inaqqsu l-ispejjeż u jipprovdu għażliet biex jevitaw ko-sinterizzazzjoni għall-komponenti tal-katodu/elettroliti? Rupp żied jgħid: Ir-reviżjoni tagħna kienet sforz umli biex tispira timijiet oħra biex jesploraw soluzzjonijiet alternattivi għall-manifattura ta 'SSBs irqaq u b'saħħithom, kif ukoll elettroliti għal SSBs.

Fir-riċerka futura, ir-riċerkaturi jippjanaw li jiffokaw fuq żewġ aspetti ewlenin tal-iżvilupp tal-SSB. L-ewwelnett, jittamaw li jiddeskrivu diversi strateġiji oħra li jistgħu jintużaw biex jipproċessaw katodi u elettroliti SSB, mingħajr ma jiddependu fuq proċessi ta 'ko sinterizzazzjoni.

Rupp spjega li dawn huma kollha alternattivi ta 'sfida u li jieħdu ħafna aktar ħin minn proċessi bbażati fuq rotot klassiku ta' trab għal partiċelli jew tejp, peress li hemm qasam vast ta 'parametri u l-aħjar protokoll ta' densifikazzjoni, filwaqt li tinżamm l-istoekjometrija tal-kompożizzjoni kimika solida mhix dak sempliċi. Madankollu, jekk l-isfidi jiġu solvuti, dawn jistgħu jipprovdu metodi ta 'manifattura alternattivi siewja, li hija l-ġebla tal-ftuħ lejn integrazzjoni fit-tul ta' aktar materjali tal-katodu li jnaqqas il-kobalt.

Rupp u l-kollegi tagħha jippjanaw ukoll li jagħmlu riċerka ġdida biex jesploraw kif jaċċelleraw l-iżvilupp u l-implimentazzjoni fuq skala kbira ta 'SSB. Bħalissa, id-disinn, l-iżvilupp u l-manifattura ta 'elettroliti SSB f'ambjent tal-laboratorju huwa stmat li jieħu medja ta' aktar minn 10 snin. It-tnaqqis tal-fattur tad-daqs ta' dawn il-komponenti jista' jeħtieġ 5-10 snin addizzjonali. Dawn il-perjodi twal ta 'żmien jenfasizzaw il-ħtieġa għal tekniki ta' pproċessar aktar mgħaġġel.

Fir-riċerka attwali tagħna, aħna nesploraw u nippreżentaw il-perspettiva ta 'screening rapidu u proċessar awtomatizzat rapidu ta' komposti taċ-ċeramika u l-komponenti kimiċi tagħhom biex nittestjaw il-prestazzjoni u ntennu l-aħjar rotta tal-manifattura aktar malajr. Dan mhuwiex sempliċi daqs kemm jimmaġina n-nies, peress li r-rotta tradizzjonali tal-ipproċessar tal-batterija tal-istat solidu fl-akkademja tuża trab jew komposti sinterizzati, li għandu ċertu grad ta 'kumplessità għal screening rapidu u tħaddim ta' ċikli awtomatizzati. Nittamaw li nappoġġaw ix-xogħol tagħna permezz ta 'eżempji u analiżi speċifiċi, peress li dawn il-metodi potenzjali huma aktar adattati biex ifittxu l-aħjar kundizzjonijiet ta' pproċessar għal ċikliżmu veloċi u awtomazzjoni, u għad-disinn u l-manifattura ta 'komponenti u batteriji għal batteriji solidi futuri.