Investigadores en China reportan 711.3 Wh/kg Li

En un artículo publicado en Chinese Physical Letters, investigadores de la Academia de Ciencias de China informan sobre la fabricación de baterías de litio recargables tipo bolsa prácticas con una densidad de energía gravimétrica de 711,3 Wh⋅kg−1 y una densidad de energía volumétrica de 1653,65 Wh⋅L−1. Las baterías de iones de litio prácticas avanzadas actuales tienen una densidad de energía de alrededor de 300 Wh⋅kg−1.

Le et al.

El equipo utilizó materiales de batería de alto rendimiento, incluido un cátodo basado en manganeso (LRM) rico en litio de alta capacidad y un ánodo de metal de litio delgado con alta energía específica, combinado con preparación de electrodos de alta carga e inyección de electrolito pobre.

Diseño de la batería: a) la batería comercial de iones de litio existente de 300 Wh·kg−1; (b) el aumento de la densidad de energía en baterías de litio prácticas mediante el aumento de la densidad de energía de los materiales de electrodos activos y la disminución de la masa de los materiales auxiliares; (c) la construcción en masa de una batería de 700 Wh·kg−1 involucrada en este trabajo. Li et al.

En la actualidad, la densidad de energía de las baterías de iones de litio comerciales avanzadas ha alcanzado el nivel de 300 W·h·kg−1. … Debido a una consideración exhaustiva del rendimiento cíclico, el rendimiento de la tasa, la seguridad, la adaptabilidad ambiental, etc., la proporción de materiales de cátodo activo siempre es baja, al nivel del 50 %, mientras que la proporción de materiales de ánodo representa el 18 %-25 % y otros materiales auxiliares ocupan del 25% al ​​30% de la masa total.

Sin tener en cuenta todos los demás aspectos, centrándose únicamente en la densidad de energía, enfoques como la adopción de materiales de cátodo y ánodo con mayor energía específica, el aumento de la masa de carga del electrodo, la reducción de la relación entre la masa del electrolito y la capacidad de la batería (E/C), y la adopción de colectores más livianos y delgados. , separadores, materiales de embalaje, etc. son factibles para lograr un alto valor de densidad de energía. Después de analizar minuciosamente el diseño de la batería existente de 300 W·h·kg−1, calculamos la dependencia entre la densidad de energía y varios componentes principales, independientemente de la funcionalidad normal de las baterías. Los resultados muestran que los materiales del cátodo y el ánodo, la masa de carga y la relación E/C son dominantes para mejorar la densidad de energía. … Desafortunadamente, el cambio de cada uno de los componentes no puede garantizar que la batería alcance una densidad de energía superior a 400 W·h·kg-1. La fabricación de baterías de alta densidad de energía solo puede lograrse mediante la sinergia de los factores mencionados anteriormente.

El equipo utilizó un cátodo LRM de alta capacidad específica con un rango de voltaje ampliado y un ánodo de metal Li de 20 μm estabilizado por un separador de PVDF. La capacidad del área específica unilateral del cátodo supera los 10 mAh·cm−2 y la densidad compacta es superior a 2,6 g·cm−3. Los colectores de corriente están hechos de una lámina ultrafina de Al (9 μm) y Cu (6 μm), y la relación E/C es de 1,3 g·A−1 ·h−1.

Dentro del rango de voltaje de carga-descarga de rutina de 2 a 4,8 V, la batería completa de 9,72 Ah presenta una densidad de energía gravimétrica de 601,78 Wh·kg−1 y una densidad de energía volumétrica de más de 1175,56 Wh·L−1 [Fig. 4(a)], y la capacidad de descarga de la batería no tiene una disminución evidente después de 3 ciclos.

Ampliando aún más el rango de voltaje operativo a 1,25–4,8 V, la energía contenida en el intervalo de bajo voltaje ayuda a la densidad de energía gravimétrica hasta 701,06 Wh·kg−1 y la densidad de energía volumétrica a 1621,84 Wh·L−1. A pesar de una pequeña reducción de capacidad en el segundo ciclo, la capacidad de la batería muestra una alta retención del 78,2 % en el tercer ciclo. La densidad de energía es 711,3 Wh·kg−1 y 1653,65 Wh·L−1 según un informe de prueba de terceros de baterías paralelas. El cambio de volumen de la celda inicial es solo del 5,09% después del primer ciclo.

… debemos tener en cuenta que siempre hay una contradicción entre la densidad de energía, el rendimiento del ciclo, el rendimiento de la tasa y la seguridad en las baterías de litio. Por lo tanto, esos parámetros aún deben considerarse de manera integral para satisfacer la demanda de campos específicos en el futuro.

Recursos

Quan Li et al. (2023) "Una batería de litio recargable tipo bolsa de 700 Wh kg−1" Phys. chino. Letón. doi: 10.1088/0256-307X/40/4/048201

Publicado el 29 de abril de 2023 en Baterías, China, Antecedentes del mercado | Enlace permanente | Comentarios (2)