Консорциум Horizon 2020 SOLiDIFY, состоящий из 14 европейских компаний недавно объявил о разработке высокопроизводительного литий-металлического твердотельного аккумулятора. Прототип созданный в лаборатории в EnergyVille, Бельгия, имеет уникальный электролит под кодовым названием: «жидкость-в-твердое тело». Плотность энергии образца составляет впечатляющие 1070 Вт·ч (800 Вт·ч/л у современных аккумуляторов). При этом процесс производства, со слов создателей, является экономически эффективным и адаптируемым к действующим линиям производства нынешних литий-ионных батарей.
Работа над подобными усовершенствованиями объясняется стремлением увеличить запас хода электромобиля и сократить время его зарядки. В то же время важно обеспечить экономическую доступность аккумуляторов. Как многие помнят, пока что батареи составляют почти половину стоимости электромобиля. Таким образом, материалы, используемые в батареях, играют ключевую роль в определении как их производительности, так и доступности.
Решение этих задач привело ученых к необходимости разработки так называемых твердотельных аккумуляторов, в которых вместо жидкого электролита используется твердый материал. В итоге это позволяет достигать более высоких энергетических показателей и, что немаловажно, снижение риска возгорания. Как говорят специалисты, более высокая плотность энергии является результатом применения тонкого литий-металлического анода и достаточно тонкого сепаратора. К сожалению, до сегодняшнего дня разработка экономически эффективного процесса массового производства таких аккумуляторов не была освоена в должной мере.
Однако, теперь в рамках проекта SOLiDIFY, ученым удалось создать вполне рабочий прототип. Высокая плотность энергии была достигнута путем объединения толстого катода (NMC, содержащего никель, марганец и кобальт), отделенного от литий-металлического анода тонким сепаратором из твердого электролита. Важно отметить, что как ожидается, стоимость такого аккумулятора будет составлять будет менее 150 евро за кВт·ч, а процесс будет доступным для действующих линий.
Хорошие результаты были достигнуты благодаря оптимизации применения новых материалов и усовершенствованию технологии покрытий. Для электролита нового аккумулятора использовался полимеризованный ионно-жидкостный твердый нанокомпозитный материал, что позволило реализовать уникальный подход к затвердеванию «жидкость-твердое тело», на который Empa подала патентную заявку. Ученым удалось создать тонкий сепаратор толщиной 20 мкм, который работает вместе с толстым катодом толщиной 100 мкм. Кроме того, им удалось решить проблемы механической прочности и пропитки катода, увеличив скорость заряда элемента до 3 часов и срок службы до 100 циклов. По сравнению с другими твердотельными электролитами аккумулятор имеет пониженную воспламеняемость. Применение защитных покрытий толщиной в нанометры позволило использовать катоды NMC с низким содержанием дорогостоящего кобальта.
Консорциум SOLiDIFY объединяет усилия исследовательских центров imec/EnergyVille (Бельгия), Fraunhofer (Германия), Centro Ricerche Fiat SCPA (Италия), Empa (Швейцария), Hasselt University/EnergyVille (Бельгия), Delft University of Technology (Нидерланды); а также отраслевых партнеров VDL Groep (Нидерланды), Umicore (Бельгия), Solith (Италия), SOLVIONIC (Франция), Sidrabe (Латвия), Leclanché (Швейцария), Gemmate Technologies (Италия) и Powall (Нидерланды).
Проект получил финансирование по программе исследований и инноваций ЕС Horizon 2020.
