Samochody elektryczne: teraz wydajne baterie litowe
Dlaczego żelazo i fosforan litu, materiał, który zaatakuje nasze przyszłe baterie litowe, przewodzi prąd, mimo że jest izolatorem? Chemikom z CNRS*, w ramach współpracy z zespołem z CEA-Liten*, udało się wyjaśnić ten paradoks. Ich wyniki, opublikowane w Nature Materials, otwierają nowe perspektywy poszukiwań nowych materiałów elektrodowych do akumulatorów i pozwalają zrozumieć działanie akumulatorów samochodów elektrycznych jutra.
Dlaczego żelazo i fosforan litu, materiał, który zaatakuje nasze przyszłe baterie litowe, przewodzi prąd, mimo że jest izolatorem? Chemikom z CNRS udało się w ramach współpracy z zespołem CEA-Liten wyjaśnić ten paradoks. Ich model „kaskady domina”, zweryfikowany eksperymentalnie, pokazuje, że lokalne naprężenia w materiale umożliwiają stopniowe propagowanie przewodnictwa elektronicznego i jonowego, zapewniając w ten sposób działanie baterii. Wyniki te, opublikowane w sierpniowym numerze Nature Materials, otwierają nowe perspektywy poszukiwań nowych materiałów elektrodowych do akumulatorów i pozwalają zrozumieć działanie akumulatorów samochodów elektrycznych jutra.
Baterie litowo-jonowe, które mogą przechowywać trzy do czterech razy więcej energii na jednostkę masy niż konwencjonalne baterie, opanowały rynek systemów nomadycznych (komputery, telefony komórkowe, walkmany itp.). Materiały elektrod dodatnich tych akumulatorów mają doskonałe parametry, ale są zbyt drogie, aby można je było stosować w dużych akumulatorach pojazdów elektrycznych i pojazdów hybrydowych drugiej generacji. Materiałem przyszłości do tych zastosowań jest fosforan litowo-żelazowy: ekologiczny, ma wyjątkowe właściwości w połączeniu z niskim kosztem i dobrą stabilnością termiczną, niezbędnym elementem bezpieczeństwa. Wszystkie te cechy sprawiają, że jest najlepszym kandydatem do wyposażenia akumulatorów litowych w naszych przyszłych samochodach elektrycznych. Paradoksalnie materiał ten nie posiada wymaganych do działania elektrody właściwości przewodzenia jonowego i elektronowego.
Chemikom CNRS z Instytutu Chemii Materii Skondensowanej w Bordeaux (ICMCB) po raz pierwszy udało się zinterpretować ten paradoks. Badając żelazo i fosforan litu, w ramach współpracy z zespołem z CEA-Liten, wykazali, że cykle ładowania i rozładowania baterii są możliwe dzięki „kaskadzie domina”. Zjawisko to występuje, gdy na styku materiału rozładowanego i materiału w stanie rozładowanym występują naprężenia. Przewodnictwo elektronowe i jonowe jest wtedy niezwykle szybkie w strefie międzyfazowej; rozprzestrzenia się krok po kroku, jak kostki domina, gdy interfejs się porusza. Model ten zweryfikowano za pomocą pomiarów mikroskopowych.
Ten bezprecedensowy proces reakcji, przypominający falę przechodzącą przez kryształ, pomaga wyjaśnić, dlaczego dwa materiały izolacyjne (materiał w stanie naładowanym i rozładowanym) mogą nadal zasilać akumulatory litowo-jonowe. Jest to ważny krok naprzód w poszukiwaniu nowych, bezpieczniejszych i tańszych materiałów na elektrody do przyszłych baterii litowych. Badania te pozwoliły również zrozumieć działanie, w skali nanometrycznej, akumulatorów na bazie fosforanu żelaza i litu, które będą stosowane w samochodach hybrydowych i elektrycznych jutra.
Źródło: http://www.cea.fr/le_cea/actualites/voi ... _lithium_p