Группа исследователей из Мичиганского университета о проблемах литий-металлических аккумуляторов

Исследователи из Мичиганского университета нашли несколько проблем, которые ограничивают технологии, способные удвоить запас хода электромобилей. По их мнению, следующее поколение аккумуляторов для электромобилей будет производиться по литий-металлической твердотельной технологии.

Фото: Мичиганский университет

В эту группу входят одни из ведущих исследователей в сфере литий-металлических твердотельных аккумуляторов последнего десятилетия: Джефф Сакамото (Jeff Sakamoto) и Нил Дасгупта (Neil Dasgupta). Оба являются доцентами кафедры машиностроения в Мичиганском университете. Не так давно они опубликовали статью в журнале Joule на тему следующего поколения аккумуляторных батарей для электромобилей. Там обсуждается ряд вопросов, над которыми они работают в тесном сотрудничестве с лидирующими компаниями  в сфере автомобилестроения.

Фото: Мичиганский университет

Крупнейшие мировые автопроизводители в последние годы делают ставку на электромобили и публикуют планы постепенного отказа от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Причём эти планы они собираются реализовать уже в ближайшие годы. Пока в электромобилях самыми распространенными аккумуляторными батареями являются литий-ионные.

Современные литий-ионные аккумуляторы уже приблизились к своим пороговым значениям по запасу хода на одной зарядке. Кроме того, к их минусам относится громоздкая и тяжелая система управления аккумуляторной батареей. Если от неё отказаться, то возрастает риск возгорания на борту автомобиля. Исследователи из Мичиганского университета использовали в качестве анода металлический литий и керамику для электролита. В результате им удалось добиться удвоения запаса хода на одной аккумуляторной батареи того же размера, что и литий-ионная. При этом резко снижается вероятность возгорания.

Джефф Сакамото утверждает, что за последние десять лет им удалось добиться огромного прогресса в развитии литий-металлических твердотельных аккумуляторов. Но на пути коммерциализации этой технологии есть ряд проблем.

Фото: Мичиганский университет

Способы производства керамики, которая является хрупкой. Для литий металлических аккумуляторов требуются листы керамики тонкие, как бумага.

• Компенсируют ли экологические преимущества электромобилей использование энергии для нагрева керамики больше 1093 С (2000 F). Это необходимо для работы батарей.
• Не до конца понятно, как уменьшение объёма и массы системы управления батареями (или её полное удаление) отразится на производительности и долговечности твердотельных АКБ. В случае литий-металлических аккумуляторов такая система не требуется.
• Для нормального функционирования аккумуляторов следующего поколения требуется постоянный контакт металлического лития с керамическим электролитом. Поэтому потребуется дополнительное оборудование для поддержания контакта (приложения давления). Как отразится это оборудование на производительности АКБ?

Джефф Сакамото имеет собственный стартап, темой которого являются литий-металлические твердотельные батареи. Он считает, что за этой технологией будущее, но не следует опережать события.

В группу исследователей литий металлических аккумуляторов, помимо двух вышеназванных доцентов, входят доктор наук Майкл Ван (Michael Wang) и научный сотрудник Эрик Казяк (Eric Kazyak).