Menemukan kunci untuk produksi baterai solid-state berbiaya rendah dan cepat untuk EV
Spotlight

Menemukan kunci untuk produksi baterai solid-state berbiaya rendah dan cepat untuk EV


Proses manufaktur Georgia Tech baru dapat memungkinkan pembuat baterai memproduksi baterai yang lebih ringan, lebih aman, dan lebih padat energi. Kredit: Allison Carter, Georgia Tech

Teknik fabrikasi baru memungkinkan baterai lithium-ion otomotif solid-state mengadopsi elektrolit keramik yang tidak mudah terbakar menggunakan proses produksi yang sama seperti pada baterai yang dibuat dengan elektrolit cair konvensional.

Teknologi infiltrasi leleh yang dikembangkan oleh para peneliti ilmu material di Institut Teknologi Georgia menggunakan bahan elektrolit yang dapat disusupi ke dalam elektroda berpori namun padat dan stabil secara termal.

Proses satu langkah menghasilkan komposit dengan kepadatan tinggi berdasarkan infiltrasi tanpa tekanan, yang digerakkan oleh kapiler dari elektrolit padat cair ke dalam benda berpori, termasuk tumpukan pemisah elektroda berlapis.

“Sementara titik leleh elektrolit keadaan padat tradisional dapat berkisar dari 700 derajat Celcius hingga lebih dari 1.000 derajat Celcius, kami beroperasi pada kisaran suhu yang jauh lebih rendah, tergantung pada komposisi elektrolit, kira-kira dari 200 hingga 300 derajat Celcius,” jelas Gleb Yushin, seorang profesor di Sekolah Ilmu dan Teknik Material di Georgia Tech. “Pada suhu yang lebih rendah ini, fabrikasi jauh lebih cepat dan mudah. ​​Bahan pada suhu rendah tidak bereaksi. Rakitan elektroda standar, termasuk pengikat atau lem polimer, dapat stabil dalam kondisi ini.”

Teknik baru, dilaporkan 8 Maret di jurnal Bahan Alam, dapat memungkinkan baterai Li-ion otomotif besar dibuat lebih aman dengan 100% keramik solid-state nonflammable daripada elektrolit cair menggunakan proses manufaktur yang sama dengan produksi baterai elektrolit cair konvensional. Teknologi manufaktur yang menunggu paten meniru fabrikasi berbiaya rendah dari sel Li-ion komersial dengan elektrolit cair, tetapi menggunakan elektrolit solid state dengan titik leleh rendah yang dilebur dan disusupi ke elektroda padat. Hasilnya, sel berlapis-lapis berkualitas tinggi dalam berbagai ukuran atau bentuk dapat diproduksi dengan cepat dalam skala besar menggunakan alat dan proses yang telah terbukti, dikembangkan dan dioptimalkan selama 30 tahun terakhir untuk Li-ion.

“Teknologi infiltrasi leleh adalah kunci kemajuan. Siklus hidup dan stabilitas baterai Li-ion sangat bergantung pada kondisi pengoperasian, terutama suhu,” jelas mahasiswa pascasarjana Georgia Tech, Yiran Xiao. “Jika baterai terlalu panas untuk waktu yang lama, biasanya baterai mulai rusak sebelum waktunya, dan baterai yang terlalu panas dapat terbakar. Itu telah mendorong hampir semua kendaraan listrik (EV) untuk menyertakan sistem pendingin yang canggih dan agak mahal.” Sebaliknya, baterai solid-state mungkin hanya membutuhkan pemanas, yang secara signifikan lebih murah daripada sistem pendingin.

Yushin dan Xiao didorong oleh potensi proses manufaktur ini untuk memungkinkan pembuat baterai memproduksi baterai yang lebih ringan, lebih aman, dan lebih padat energi.

Menemukan kunci untuk produksi baterai solid-state berbiaya rendah dan cepat untuk EV

Profesor Teknologi Georgia Gleb Yushin, di stasiun pengisian listrik kampus, melihat teknologi infiltrasi lelehan membuka pintu air untuk lebih banyak inovasi baterai Li-ion. Kredit: Allison Carter, Georgia Tech

“Teknologi infiltrasi leleh yang dikembangkan kompatibel dengan berbagai bahan kimia, termasuk yang disebut elektroda tipe konversi. Bahan semacam itu telah dibuktikan dapat meningkatkan kepadatan energi sel otomotif lebih dari 20% sekarang dan lebih dari 100% di masa depan, “kata rekan penulis dan ilmuwan penelitian Georgia Tech, Kostiantyn Turcheniuk, mencatat bahwa sel dengan kepadatan yang lebih tinggi mendukung jarak mengemudi yang lebih lama. Sel membutuhkan elektroda berkapasitas tinggi untuk lompatan kinerja itu.

Teknik Georgia Tech belum siap secara komersial, tetapi Yushin memperkirakan bahwa jika sebagian besar pasar EV di masa depan menggunakan baterai solid-state, “Ini mungkin satu-satunya cara untuk pergi,” karena akan memungkinkan produsen untuk menggunakan produksi yang ada. sarana dan prasarana.

“Itulah mengapa kami fokus pada proyek ini — ini adalah salah satu bidang inovasi yang paling layak secara komersial untuk dikejar oleh lab kami,” katanya.

Harga sel baterai mencapai $ 100 per kilowatt hour untuk pertama kalinya pada tahun 2020. Menurut Yushin, mereka harus turun di bawah $ 70 per kilowatt hour sebelum pasar EV konsumen dapat dibuka sepenuhnya. Inovasi baterai sangat penting untuk hal itu.

Tim laboratorium Material Science saat ini berfokus pada pengembangan elektrolit lain yang memiliki titik leleh lebih rendah dan konduktivitas lebih tinggi menggunakan teknik yang sama yang telah terbukti di lab.

Yushin membayangkan kemajuan manufaktur tim peneliti ini membuka pintu air untuk lebih banyak inovasi di bidang ini.

“Begitu banyak ilmuwan yang sangat cerdas yang berfokus pada pemecahan masalah ilmiah yang sangat menantang, sementara sama sekali mengabaikan kepraktisan ekonomi dan teknis. Mereka mempelajari dan mengoptimalkan elektrolit bersuhu sangat tinggi yang tidak hanya secara dramatis lebih mahal untuk digunakan dalam sel tetapi juga hingga lima. kali lebih berat dibandingkan dengan elektrolit cair, ”jelasnya. “Tujuan saya adalah mendorong komunitas penelitian untuk melihat ke luar kotak bahan kimia itu.”


Peneliti mengembangkan struktur elektroda baru untuk baterai sekunder yang semuanya solid-state


Informasi lebih lanjut:
Yiran Xiao dkk, Infiltrasi lelehan elektrolit untuk pembuatan skalabel baterai lithium-ion anorganik semua-solid-state, Bahan Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41563-021-00943-2

Disediakan oleh Institut Teknologi Georgia

Kutipan: Menemukan kunci untuk produksi baterai solid-state berbiaya rendah dan cepat untuk EV (2021, 8 Maret) diambil pada 8 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-key-low-cost-fast- produksi-solid-state.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SGP Hari Ini