Истражувачи користат технологија за производство на чипови за подобри батерии за електрични возила

Електричните возила би можеле да поминуваат поголемо растојание со едно полнење доколку нивните батерии можат да складираат повеќе енергија без да станат поголеми или потешки.

Една од перспективните алтернативи се батериите без анода, кои заштедуваат простор и тежина со отстранување на материјалите како графитот, во кои вообичаено се складира литиумот при полнењето.

Наместо тоа, литиумот директно се таложи врз тенка бакарна фолија. Меѓутоа, повторените циклуси на полнење и празнење можат да предизвикаат нерамномерно таложење на литиумот во форма на остри и разгранети структури наречени дендрити.

Заштитниот слој врз литиумот, исто така, може да стане нестабилен, со што се намалуваат перформансите на батеријата и се скратува нејзиниот работен век.

Истражувачи од Јужна Кореја ги примениле прецизните производствени техники од полупроводничката индустрија со цел да го продолжат работниот век на овие батерии.

Методот, претставен од Корејскиот напреден институт за наука и технологија (КАИСТ), комбинира микроскопски структури што овозможуваат порамномерно распределување на литиумот врз бакарната фолија со ултратенка обвивка што помага при создавањето издржлив заштитен слој за време на користењето.

Некои од претходните обиди за продолжување на работниот век на батериите вклучувале додавање дополнително количество литиум за да се надомести изгубениот материјал во текот на работата или обложување на површината со дебел заштитен слој.

И двата пристапа ја прават батеријата потешка и подебела, со што се губат предностите во однос на големината и тежината што треба да ги обезбедат батериите без анода.

Професорот Џинву Ли од Одделот за хемиско и биомолекуларно инженерство при КАИСТ изјави дека истражувањето покажува како ултрапрецизните техники што се користат во производството на полупроводници можат да создадат рамномерни површини за таложење на литиумот и стабилен заштитен слој, без промена на составот на електролитот или додавање дополнително количество литиум.

Ли го спровел истражувањето заедно со професорот Хи-Те Џунг од КАИСТ и истражувачи од Националниот универзитет „Кјунгпук“ и Националниот центар „НаноФаб“.

Според Ли, оваа технологија би можела да помогне во забрзување на комерцијализацијата на високоенергетските батерии без анода.

Тимот ја обложил бакарната фолија со слој од МХен, дводимензионален материјал што може да се произведе во исклучително тенки листови. Обвивката била дебела околу 10 нанометри.

Наместо самиот да функционира како готова заштитна бариера, МХен дејствува како основен слој што ги собира компонентите потребни за создавање на заштитната бариера додека батеријата работи.

Во електролитот базиран на LiPF₆, кој служи за пренесување на наелектризираните честички во батеријата, површината од МХен го поттикнала создавањето заштитен слој богат со литиум флуорид.

Овој слој ги намалува несаканите реакции меѓу литиумот и електролитот, а истовремено го спречува растот на дендритите.

За да го контролираат начинот на кој литиумот се таложи врз бакарот под обвивката, истражувачите примениле метод на секундарна распрскувачка литографија, кој се користи за прецизна микрообработка во производството на полупроводници.

Тие создале низа микроскопски цевки, секоја со дијаметар од околу 300 нанометри и висина од 150 нанометри. Со тоа расположливата површина била зголемена приближно четирикратно во споредба со рамната бакарна фолија.

Поголемата површина му овозможува на литиумот да се распореди порамномерно, наместо да се собира на одделни точки и да формира остри структури.

Истражувачите ги анализирале површините и пресеците на електродите со минимална изложеност на воздух и потврдиле дека долж слојот од МХен рамномерно се формира заштитна структура на нанометриско ниво.

За да ги испитаат нејзиниот хемиски состав и структура, научниците користеле техники како рендгенска фотоелектронска спектроскопија, масена спектрометрија на секундарни јони со мерење на времето на лет и трансмисиона електронска микроскопија.

На тој начин тимот го утврдил и механизмот што стои зад создавањето на заштитниот слој.

Добиената заштита може да придонесе за продолжување на работниот век на батеријата со минимално зголемување на нејзината тежина или волумен, што ја поддржува целта за производство на помали и полесни батерии за електрични возила.