Newswise — Исследование KERI по анодным материалам для твердотельных батарей (SSB), проведенное в сотрудничестве с Национальным технологическим институтом Кумо и Университетом Инха, было выбрано в качестве обложки ведущего мирового журнала в области энергетики.

В SSB заменен горючий жидкий электролит, который переносит ионы между анодом и катодом, на твердый электролит, что значительно снижает риск возгорания или взрыва. Однако SSB из-за своей «твердой» природы требуют многих передовых технологий, таких как обеспечение электрохимиомеханической стабильности во время процессов зарядки и разрядки. В частности, поскольку анод оказывает значительное влияние¹⁾ Выбор материала крайне важен для скорости зарядки и срока службы аккумулятора.
^{1) Анод. В аккумуляторных батареях анод накапливает и высвобождает ионы лития, мигрирующие с катода (+).}

В настоящее время литий-металл является наиболее широко исследованным анодным материалом для однополосных пластин. Однако в случае с литием-металлом повторная зарядка и разрядка приводят к «росту дендритов», когда литий растет в виде древовидных структур на поверхности. Это явление может привести к внутренним коротким замыканиям, угрожающим сроку службы и стабильности аккумулятора. Помимо лития, также доступны кремниевые анодные материалы; однако они сталкиваются с рядом проблем, включая низкую электронную и ионную проводимость, а также трещины, вызванные объемным расширением.

Анодные материалы, предложенные KERI и командой университета, на этот раз основаны на олове (Sn).²⁾ сплавы, в частности FeSn2. С помощью детального анализа механических свойств исследовательская группа определила, что FeSn2 демонстрирует свойство уменьшения размера частиц из-за реакций рекомбинации во время повторной зарядки и разрядки. Это подтверждает, что в ОСП контакт между внутренними твердыми частицами сохраняется в течение длительного периода времени, в результате чего получается плотный и однородный электрод. Даже в средах с внешними воздействиями FeSn2 проявляет высокую эластичность и энергию деформации, обеспечивая хорошую электрохимическую стабильность без растрескивания.
^{2) Олово: металлический элемент с символом Sn, атомный номер 50, группа 14, период 5 периодической таблицы. Благодаря низкой температуре плавления, высокой обрабатываемости и стабильности он был одним из старейших металлов в истории человечества. Сегодня более 50% олова используется в качестве припоя при производстве электронных схем, а также в контейнерах для хранения, посуде и стабилизаторах из ПВХ.}

Исследовательская группа разработала тест «Полная ячейка SSB».³⁾‘ для проверки технологии с использованием ▲FeSn2 анода ▲NCM622 (комбинация никеля 6, кобальта 2 и марганца 2) катода ▲сульфидных твердых электролитов (Li6PS5C1). В результате была достигнута площадь емкости 15,54 мАч/см², что в пять раз выше, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, была проведена высокоскоростная зарядка и разрядка в течение более 1000 циклов в течение 3 минут (плотность тока 20°С) и 6 минут (плотность тока 10°С), в результате чего сохранение емкости составило более 70-80%.
^{3) Полная ячейка: существует два типа тестовых ячеек, предназначенных для оценки электрохимических свойств: полные ячейки и полуячейки. Полная ячейка — это полная ячейка, включающая в себя как анод, так и катод, что позволяет измерить общую производительность батареи. С другой стороны, в полуэлементе в качестве рабочего электрода используется только один электрод, а в качестве другого используется электрод сравнения, что позволяет проводить детальный анализ электрохимических свойств конкретного электрода.}

Кроме того, исследовательская группа оценила характеристики анода FeSn2 в SSB, применив его к прототипу формата «пакетной ячейки». Высокая плотность энергии более 255 Втч/кг.⁴⁾ был записан, продемонстрировав его коммерческий потенциал.
^{4) Коммерческие литий-ионные аккумуляторы обычно имеют плотность энергии в диапазоне от 200 до 300 Втч/кг.}

Юн-Чхоль Ха, директор Исследовательского центра аккумуляторов нового поколения в KERI, заявил: «Наше достижение является значительным, поскольку оно отходит от традиционного внимания к литию и кремнию при исследовании анодных материалов для SSB, демонстрируя большой потенциал. анодных материалов на основе олова». Кроме того, профессор Чхоль-Мин Пак из Национального технологического института Кумо выразил свои амбиции, заявив: «Благодаря разработке стабильных высокоэффективных анодных материалов, которые превосходят существующие ограничения, мы стремимся внести свой вклад в коммерциализацию негорючих однослойных пластин».

Этот результат исследования был признан за выдающиеся достижения и опубликован в качестве титульной статьи в октябрьском номере журнала Joule, международного журнала, входящего в 1% лучших показателей цитируемости журналов (JCR). «Джоуль» — ведущий журнал в области энергетики и дочерний журнал «Клетка», который считается одним из трех лучших журналов в научной области, наряду с «Природой» и «Наукой». Это журнал мирового уровня с импакт-фактором (IF) 38,6.

Соответствующими авторами статьи являются Юн-Чхоль Ха, директор Исследовательского центра аккумуляторов следующего поколения в KERI, профессор Чхоль-Мин Пак с факультета материаловедения и инженерии Национального технологического института Кумо и профессор Ки-Джун Чон из факультет экологической инженерии Университета Инха. Кроме того, первым автором является Янг-Хан Ли, аспирант кафедры материаловедения и инженерии Национального технологического института Кумо. Соавторами статьи являются Чон Хи Чой, директор Исследовательского центра аккумуляторов и обработки материалов KERI, профессор Ин-Чул Чой с факультета материаловедения и инженерии Национального технологического института Кумо, а также исследователи До -Хён Ким (докторант) и Чон-Мён Юн (докторант).