Mokslininkai iš „City University of Hong Kong“ (CityUHK) pašalino vieną iš didžiausių kliūčių elektromobilių (EV) pramonei.
Profesoriaus Liu Qi vadovaujama tyrėjų komanda neseniai gavo finansavimą pagal „RAISe+ Scheme“ programą, skirtą naujos baterijų medžiagos komercializavimui.
Ši technologija žada gerokai padidinti energijos tankį ir kartu sumažinti baterijų gamybos sąnaudas pasauliniams gamintojams.
Projektas orientuotas į ličiu praturtintus sluoksniuotuosius oksidus (LLO). Inžinieriai dažnai LLO vadina „galutine katodo medžiaga“ dėl jų didelės talpos ir mažos savikainos.
Vis dėlto šioms medžiagoms būdingas įtampos mažėjimas, kuris trumpina baterijų veikimo laiką. Profesoriaus Liu komanda rado būdą, kaip šią problemą išspręsti.
Įtampos mažėjimo problema išspręsta atominiu lygiu
Tyrėjai susitelkė į atominius procesus, siekdami stabilizuoti vidinę baterijos „korio“ struktūrą.
Į katodo medžiagą jie įvedė specifinius pereinamųjų metalų jonus. Toks pakeitimas sustabdo deguonies išsiskyrimą ir neleidžia medžiagai struktūriškai irti eksploatacijos metu.
Pašalinus šiuos mikroskopinius pokyčius, iš esmės pavyko panaikinti pagrindinę įtampos mažėjimo priežastį.
Be to, taikomi papildomi inžineriniai sprendimai, saugantys bateriją nuo paviršiaus degradacijos. Gamybos metu katodas padengiamas anglies sluoksniais. Ši apsauginė danga saugo katodą nuo elektrolito korozijos ir metalų išplovimo.
Šie du inovacijų rinkiniai užtikrina ilgalaikį aukštos kokybės energijos kaupimo stabilumą.
„Mūsų tyrimų komanda suteikė LLO katodo medžiagoms galimybę realizuoti tikrąjį jų komercinį potencialą“, – pabrėžė profesorius Liu.
Pasak jo, ši technologija leidžia baterijoms tiekti didesnį energijos tankį už mažesnę kainą.
Profesorius Liu teigimu, šis proveržis „atveria naujas galimybes elektromobiliams ir energijos kaupimo sistemoms“.
Kelias į pasaulinę baterijų gamybos plėtrą
Tyrimo rezultatai itin reikšmingi JAV ir pasaulinei rinkai. Prognozuojama, kad ličio jonų baterijų sektoriaus vertė iki 2030 metų pasieks 150 mlrd. JAV dolerių.
Katodo medžiagos sudaro didžiausią baterijų gamybos savikainos dalį.
Naujoji CityUHK sukurta produktų linija skirta tradicinių baterijų energijos tankį padidinti daugiau nei 30 %.
Siekiant patenkinti augančią paklausą, komanda įkūrė „SuFang New Energy Technology Co., Ltd.“. Įmonė jau eksploatuoja 100 tonų per metus pajėgumų gamybos liniją.
Gavus papildomą vyriausybės finansavimą, planuojama statyti didelio masto 1000 tonų per metus pajėgumų gamyklą Pietryčių Azijoje arba Korėjoje.
Numatoma, kad ši plėtra sukurs apie 100 naujų inžinerijos ir gamybos darbo vietų.
Profesorius Liu mano, kad šis žingsnis dar labiau sustiprins Honkongo pozicijas konkurencingoje aukštųjų technologijų ekosistemoje.
„Šis projektas taip pat parodo Honkongo stiprybes kuriant naujos kartos energijos technologijas“, – teigė Liu.
Projektas neapsiriboja šiuo metu naudojamomis skystojo elektrolito baterijomis. Komanda kuria ir antrąją produktų liniją, specialiai pritaikytą kietojo elektrolito („solid-state“) baterijoms.
Tokios „naujos kartos“ baterijos užtikrina dar aukštesnius saugos standartus ir didesnę galios išeigą.
Pereidama nuo laboratorinių proveržių prie pramoninio masto taikymo, komanda tikisi visiškai optimizuoti technologiją per trejus metus.
Šis grafikas dera su pasaulinėmis pastangomis spartinti elektromobilių plėtrą ir atsinaujinančios energijos kaupimo sprendimų diegimą.
Šio tyrimo rezultatai pirmą kartą buvo paskelbti 2023 metais žurnale „Nature Energy“. Dabar jie perkeliami iš akademinių puslapių į gamybos linijas.
