По-екологично, по-евтино и по-бързо зареждане - нов начин за производство на електроди за литиево-йонни батерии

Нов начин за производство на електроди за литиево-йонни батерии
Снимка: Argonne National Laboratory, Flickr

Екип от Политехническия институт в Уорчестър, ръководен от Ян Уанг, е разработил икономически ефективен процес за производство на електроди за литиево-йонни батерии без разтворители, които се зареждат по-бързо от тези, които понастоящем се предлагат на пазара.

Нова производствена техника се справя с основно препятствие пред сектора на електрическите превозни средства.

Изследователска група, ръководена от Ян Уанг, изследовател от Политехническия институт в Уорчестър (WPI), е разработила методика за производство на електроди за литиево-йонни батерии, която не съдържа разтворители. Този нов подход дава по-екологични, по-рентабилни и по-бързо зареждащи се електроди в сравнение с наличните в момента, което може да доведе до революция в производството на батерии за електромобили.

Екипът представи в списание Joule техника за производство чрез сух печат, която заобикаля използването на вредни разтворители и продължителните периоди на сушене, присъщи на традиционните методи за производство на електроди, при които се използват суспензии. Уанг, заемащ длъжността професор на декана на WPI Уилям Б. Смит в катедрата по машиностроене и материалознание, заяви, че този иновативен процес е мащабируем и потенциално може да намали разходите за производство на електроди с до 15%. Освен това електродите, произведени по този метод, могат да се зареждат по-бързо от тези, създадени по традиционните методи.

"Сегашните литиево-йонни батерии се зареждат твърде бавно, а производителите обикновено използват запалими, токсични и скъпи разтвори, които увеличават времето и разходите за производство. Нашият производствен процес без използване на разтворители отстранява тези недостатъци, като произвежда електроди, които зареждат до 78% от капацитета за 20 минути, и то без нуждата от разтворители, суспензии и дълго време за производство.", казва Уанг. 

Търговските електроди за литиево-йонни батерии обикновено се произвеждат чрез смесване на активни материали, проводящи добавки, полимери и органични разтворители, за да се получи суспензия, която се нанася върху метална основа, изсушава се в пещ и се нарязва на парчета за използване в батериите. Разтворителите се възстановяват чрез дестилация.

Процесът на изследователите, обаче, включва смесване на сухи прахове, които са електрически заредени, така че да залепнат, когато се разпръснат върху метален субстрат. След това електродите, покрити със сух прах, се нагряват и компресират с валяци. Изследователите съобщават, че пропускането на традиционния процес на сушене и възстановяване на разтворителите намалява потреблението на енергия при производството на батерии с около 47%.

Уанг отдавна се е фокусирал върху подобряването на литиево-йонните батерии и намаляването на отпадъците, които те създават. Той е съосновател на Ascend Elements, компания, която разработва технологии за рециклиране на батерии. Работата на Уанг в областта на производството на електроди е финансирана от Министерството на енергетиката с помощта на United States Advanced Battery Consortium LLC и Massachusetts Clean Energy Center. Сътрудници по проекта са Yangtao Liu '22 (Ph.D.), дипломантът Jinzhao Fu, асистентът Xiaotu Ma, Panawan Vanaphuti '22 (Ph.D.) и Rui Wang '23 (Ph.D.), всички от WPI; както и изследователи от Тексаския университет A&M, Университета Rice, Microvast Inc, Националната лаборатория Argonne и Националната лаборатория Brookhaven.

WPI са подали заявка за патент за производствената технология, разработена от екипа на Уанг. Освен това Уанг и един от неговите сътрудници, Хенг Пан от Тексаския университет A&M, са съоснователи на AM Batteries Inc., компания, подкрепена от рисков капитал, която работи с Amperex Technology Limited (ATL) и други компании за разширяване на производството на електроди без разтворители.