A dél-koreai SK Group tagjaként működő SK On bejelentette: a szöuli Hanyang Egyetem Dr. Dong-Won Kim vezette kutatócsoportjával együttműködve olyan új eljárást dolgoztak ki, amely jelentősen javítja a szulfid alapú, teljesen szilárdtest lítiumfém-akkumulátorok (ASSLMB) ciklikus élettartamát.
Az erről szóló tanulmány a múlt hónapban jelent meg az ACS Energy Letters című vezető tudományos folyóiratban. A publikáció egy olyan új módszert ismertet, amely védőréteget képez a lítiumfém anód felületén – ez nemcsak biztonságosabbá teszi az akkumulátort, hanem hosszabb élettartamot is biztosít. A vállalat a legfontosabb eredményekre belföldi és nemzetközi szabadalmi bejelentéseket is tett.
A lítiumfém a jövő anódanyagának számít, mivel kapacitása akár tízszerese is lehet a grafiténak, emellett rendkívül alacsony elektrokémiai potenciállal rendelkezik, ami nagyobb energiasűrűséget és jobb teljesítményt tesz lehetővé.
Ugyanakkor a lítiumfém a magas reakcióképessége miatt a levegővel érintkezve instabil réteget képez a felületén, amely gátolja a lítiumionok mozgását, rontja a töltési és kisütési hatékonyságot, valamint elősegíti az úgynevezett dendritek kialakulását[1] – ezek komoly kockázatot jelentenek az akkumulátorok élettartamára nézve. A lítiumfém anódot használó teljesen szilárdtest-akkumulátorok általában korlátozott számú töltési-kisütési ciklust bírnak, jellemzően mindössze körülbelül 100-at.
A kutatócsoport erre a problémára kínál megoldást: egy speciálisan kifejlesztett oldattal[2] kezelték a lítiumfém anódot, aminek eredményeként olyan védőréteg jött létre, amely egyszerre biztosít magas ionvezetőképességet (a lítium-nitrát révén) és mechanikai szilárdságot (a lítium-oxid által).
Az SK On szerint a módszer stabil felületi illeszkedést biztosít, amit a kísérleti eredmények is alátámasztanak: a felületkezelt lítiumfém anód több mint 300 töltési-kisütési cikluson át stabil működést mutatott szobahőmérsékleten, ami háromszorosa a hagyományos lítiumfém-alapú szilárdtest akkumulátorok élettartamának.
Az SK On emellett egy másik jelentős eredményt is bemutatott, amelyet Dr. Jong Hyeok Park (Yonsei Egyetem) közreműködésével értek el: feltárták, hogy a gélpolimer elektrolitok (GPE) hőkezelési ideje közvetlen hatással van az akkumulátorok élettartamára. Az Angewandte Chemie nevű vezető kémiai szaklap februárban közölte az erről szóló tanulmányt. Az eredmények szerint a hosszabb hőkezelési idő javítja a teljesítménymegőrzést: 60 perces hőkezelés esetén csupán 9,1 százalékos kapacitáscsökkenést mértek, míg 20 percnél ez az érték elérte a 34 százalékot. A kutatás szerint a rövidebb hőkezelés gyengíti a katód védőrétegét, így annak lebomlása az akkumulátor gyorsabb elhasználódásához vezet.
A tanulmányban a kutatócsoport sűrűségfunkcionál-elméleti[3] számításokat is alkalmazott annak érdekében, hogy feltárják a katód teljesítményromlásának okát és mechanizmusát, valamint, hogy megvizsgálják a maradó monomerek által okozott mellékreakciókat a töltés kezdeti szakaszában. Az SK On szerint az eredmények hozzájárulhatnak a polimer-oxid kompozit-alapú akkumulátorok élettartamának növeléséhez.
„Ezek az eredmények az SK On elkötelezett K+F tevékenységnek és technológiai felkészültségének köszönhetőek, amelyekben kulcsszerepet játszik az akadémiai együttműködés is” – mondta Kisoo Park, az SK On K+F vezetője, majd hozzátette: „Az eredmények fontos alapot jelentenek a szilárdtest-akkumulátorok technológiai kihívásainak leküzdéséhez.”
Az SK On jelenleg kétféle teljesen szilárdtest-akkumulátor (ASSB) technológia fejlesztésén dolgozik: polimer-oxid kompozit és szulfid-alapú rendszereken, melyek kereskedelmi bevezetését 2028-ra, illetve 2030-ra tervezi.
Forrás: SK On
A borítókép illusztráció, forrás: Adobe Stock
