Antallet nyregistrerte elektriske kjøretøy (EV-er) i Korea oversteg 100 000 enheter bare i fjor. Norge er det eneste andre landet som matcher disse tallene. De grunnleggende materialene som bestemmer batterilevetiden og ladehastigheten til elektriske kjøretøy som nå brukes ofte, er anodematerialene. Koreas innenlandske batteriindustri er forpliktet til å finne revolusjonerende måter å øke batterikapasiteten på ved å introdusere ny teknologi eller andre anodematerialer. Men hva om vi ble kvitt anodematerialer helt?

Et POSTECH-forskerteam ledet av Prof. Soojin Park og Ph.D.-kandidat Sungjin Cho (Kjemiavdeling) i samarbeid med Prof. Dong-Hwa Seo og Dr. Dong Yeon Kim (School of Energy and Chemical Engineering) fra Ulsan Institute of Science and Technology (UNIST) har utviklet anodeløse litiumbatterier med lang batterilevetid på en enkelt lading.

Det nye anodeløse batteriet har en volumetrisk energitetthet på 977 Wh/L, som er 40 % mer enn konvensjonelle batterier (700 Wh/L). Det betyr at batteriet kan reise 630 km på en enkelt lading.

Batterier endrer vanligvis strukturen til anodematerialer når litiumioner strømmer til og fra elektroden under gjentatt lading og utlading. Dette er grunnen til at batterikapasiteten reduseres over tid.

Man trodde at dersom det var mulig å lade og utlade bare med en ren anodestrømkollektor uten anodematerialer, ville energitettheten – som bestemmer batterikapasiteten – øke. Imidlertid hadde denne metoden en kritisk svakhet som forårsaker alvorlig hevelse av anodevolumet og redusert batterilevetid. Den hovnet opp fordi det ikke var stabil lagring for litiumet i anoden.

For å overvinne dette problemet lyktes forskerteamet med å utvikle et anodeløst batteri i en vanlig brukt karbonatbasert flytende elektrolytt ved å legge til et ioneledende substrat. Substratet danner ikke bare et beskyttende anodelag, men bidrar også til å minimere den totale anodeutvidelsen.

Studien viser at batteriet holdt en høy kapasitet på 4,2 mAh cm^-2 og høy strømtetthet på 2,1 mA cm^-2 i lang tid i den karbonatbaserte flytende elektrolytten. Det er også bevist både teoretisk og eksperimentelt at substrater kan lagre litium.

Det som er enda mer iøynefallende er at teamet klarte å demonstrere halvcellene i fast tilstand ved å bruke en Argyrodite-basert fast sulfidelektrolytt. Det forventes at dette batteriet vil fremskynde kommersialiseringen av ikke-eksplosive batterier fordi det beholder høy kapasitet i lengre perioder.

Studien er nettopp publisert i Avanserte funksjonelle materialer.

Levert av Pohang University of Science and Technology (POSTECH)