Japonští vědci zrychlují výrobu baterií: Nová metoda zlepšuje vodivost lithium-iontových článků za 5 minut

Japonští vědci z Tokijské univerzity vědy vyvinuli novou metodu pro sledování suspenzí lithium-iontových baterií během výroby. Tento průlom pomáhá identifikovat optimální podmínky povlakování, které zlepšují výkon baterie ještě předtím, než jsou články sestaveny.

Japonští vědci z Tokijské univerzity vědy vyvinuli novou metodu pro sledování suspenzí lithium-iontových baterií během výroby. Tento průlom pomáhá identifikovat optimální podmínky povlakování, které zlepšují výkon baterie ještě předtím, než jsou články sestaveny. Využili vylepšenou techniku reo-impedanční spektroskopie ke studiu toho, jak se tvoří vodivé sítě uvnitř bateriových suspenzí za podmínek blízkých průmyslové výrobě. Metoda kombinuje testování smyku s elektrochemickou impedanční spektroskopií, což týmu umožňuje pozorovat elektrické chování materiálu v pohybu.

Bateriové suspenze jsou směsi aktivních materiálů, vodivých přísad, pojiv a rozpouštědel, které se později stávají elektrodami baterií. Jejich vnitřní struktura hraje zásadní roli ve vodivosti, stabilitě a výkonu nabíjení. Většina stávajících hodnoticích metod však zkoumá suspenze ve statických podmínkách, nikoli během skutečných výrobních procesů. Tým se zaměřil na suspenze katod z lithium-železo-fosfátu a aplikoval smykové síly podobné těm, které se používají v průmyslových linkách pro povlakování. Současně měřili, jak se elektrické signály pohybují materiálem, aby sledovali změny ve vodivé síti.

Experimenty ukázaly, že rychlost povlakování má výrazný dopad na výkon baterie. Při nízkých smykových rychlostech zůstávaly vodivé přísady shluknuté, což vytvářelo slabé elektrické cesty. Při velmi vysokých smykových rychlostech se vodivá síť rozpadla, což také poškozovalo výkon. Vědci však identifikovali střední rozsah kolem 50 s-1, kde se vodivé přísady rovnoměrně rozprostřely a zároveň si udržely silné elektrické spojení. Elektrody vyrobené za těchto podmínek vykazovaly nižší odpor, zlepšené chování při nabíjení a vybíjení a lepší stabilitu cyklů ve srovnání s elektrodami vyrobenými při nižších nebo vyšších smykových rychlostech. Docent Isao Shitanda uvedl, že reprodukcí smykových podmínek blízkých těm, které se používají při povlakování elektrod, a hodnocením suspenze in situ, mohou vědci spojit stav suspenze s vodivou sítí vytvořenou po vysušení a s výkonem baterie.

Podle vědců by tato metoda mohla snížit počet pokusů a omylů ve výrobě baterií tím, že umožní vývojářům hodnotit podmínky povlakování přímo z fáze suspenze. Metoda dokáže identifikovat slibné podmínky povlakování s použitím méně než jednoho mililitru suspenze, přičemž každé měření je dokončeno za přibližně pět minut. Tento přístup by také mohl pomoci výrobcům baterií snížit plýtvání materiálem a zkrátit vývojové cykly, protože poptávka po lithium-iontových bateriích neustále roste napříč elektrickými vozidly, elektronikou a systémy pro ukládání energie. Ačkoli byly výsledky demonstrovány u lithium-železo-fosfátových baterií, vědci poznamenali, že bude stále zapotřebí další ověření u jiných chemických složení baterií a designů článků.