Pesquisadores na China relatam 711,3 Wh/kg Li

Em um artigo na Chinese Physical Letters, pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências relatam a fabricação de baterias de lítio recarregáveis ​​práticas do tipo bolsa com uma densidade de energia gravimétrica de 711,3 Wh⋅kg-1 e uma densidade de energia volumétrica de 1653,65 Wh⋅L-1. As atuais baterias de íon de lítio práticas avançadas têm uma densidade de energia de cerca de 300 Wh⋅kg-1.

Lee e outros.

A equipe usou materiais de bateria de alto desempenho, incluindo um cátodo à base de manganês (LRM) rico em lítio de alta capacidade e um ânodo de metal de lítio fino com alta energia específica, combinado com preparação de eletrodo de alta carga e injeção de eletrólito pobre.

Projeto da bateria: (a) a bateria comercial de íon-lítio de 300 Wh·kg−1 existente; (b) o aumento da densidade de energia em baterias de lítio práticas, aumentando a densidade de energia dos materiais de eletrodos ativos e diminuindo a massa dos materiais auxiliares; (c) a construção em massa de uma bateria de 700 Wh·kg−1 envolvida neste trabalho. Li et ai.

Atualmente, a densidade de energia das baterias de íon de lítio comerciais avançadas atingiu o nível de 300W·h·kg−1. … Devido a uma consideração abrangente do desempenho do ciclo, desempenho da taxa, segurança, adaptabilidade ambiental, etc., a proporção de materiais de cátodo ativo é sempre baixa, no nível de 50%, enquanto a proporção de materiais de ânodo representa 18%–25 % e outros materiais auxiliares ocupam 25%–30% da massa total.

Desconsiderando todos os outros aspectos, focando apenas na densidade de energia, abordagens como a adoção de materiais de cátodo e ânodo com maior energia específica, aumento da massa de carga do eletrodo, redução da relação massa de eletrólito e capacidade da bateria (E/C), e adoção de coletores mais leves e finos , separadores, materiais de embalagem, etc. são todos viáveis ​​para alcançar um alto valor de densidade de energia. Depois de analisar minuciosamente o design da bateria de 300 W·h·kg−1 existente, calculamos a dependência entre a densidade de energia e vários componentes principais, independentemente da funcionalidade normal das baterias. Os resultados mostram que os materiais do cátodo e do ânodo, a massa de carregamento e a relação E/C são dominantes na melhoria da densidade de energia. … Infelizmente, a mudança de cada componente não garante que a bateria atinja uma densidade de energia acima de 400 W·h·kg-1. A fabricação de baterias de alta densidade de energia só pode ser alcançada pela sinergia dos fatores mencionados acima.

A equipe usou um cátodo LRM de alta capacidade específica com faixa de tensão ampliada e ânodo de metal Li de 20μm estabilizado por um separador PVDF. A capacidade de área específica unilateral do cátodo excede 10mAh·cm-2, e a densidade compacta é maior que 2,6g·cm-3. Os coletores de corrente são feitos de folha ultrafina de Al (9 μm) e Cu (6 μm), e a relação E/C é de 1,3 g·A−1 ·h−1.

Dentro da faixa de voltagem de carga e descarga de rotina de 2 a 4,8 V, a bateria cheia de 9,72 Ah exibe densidade de energia gravimétrica de 601,78 Wh·kg−1 e densidade de energia volumétrica superior a 1175,56 Wh·L−1 [Fig. 4(a)], e a capacidade de descarga da bateria não apresenta declínio óbvio após 3 ciclos.

Estendendo ainda mais a faixa de tensão operacional para 1,25–4,8 V, a energia contida no intervalo de baixa tensão auxilia a densidade de energia gravimétrica de até 701,06 Wh·kg−1 e a densidade de energia volumétrica de 1621,84 Wh·L−1. Apesar de uma pequena redução de capacidade no segundo ciclo, a capacidade da bateria apresenta alta retenção de 78,2% no terceiro ciclo. A densidade de energia é 711,3 Wh·kg−1 e 1653,65 Wh·L−1, de acordo com um relatório de teste terceirizado de baterias paralelas. A variação de volume da célula inicial é de apenas 5,09% após o primeiro ciclo.

… devemos observar que sempre há uma contradição entre densidade de energia, desempenho de ciclismo, desempenho de taxa e segurança em baterias de lítio. Portanto, esses parâmetros ainda precisam ser considerados de forma abrangente para atender a demanda de campos específicos no futuro.

Recursos

Quan Li et ai. (2023) "Uma bateria de lítio tipo bolsa recarregável de 700 Wh kg-1" Chinese Phys. Deixe doi: 10.1088/0256-307X/40/4/048201