Встановлено рекорд питомої ємності літієвої батареї

Американська компанія Envia Systems оголосила (PDF-документ), що побудувала перезаряджувану літієву комірку з видатними параметрами.

Незалежний тест, проведений центром озброєнь ВМС США (Naval Surface Warfare Center Crane Division), показав, що дослідна батарея від Envia c номінальною місткістю (C) 45 А-год (для навантаження C/3) володіє питомою ємністю в діапазоні від 378 до 418 ватт-годин на кілограм при навантаженні від C/3 до C/10.

Середній показник нової батареї, таким чином, становить приблизно 400 Вт-год/кг. Це істотно вище, ніж у будь-якого серійного літієвого акумулятора. Самі дослідники з Envia в якості референсної точки згадують осередок Panasonic NCR18650A з розрахунковими 245 Вт-год/кг.

Секрет батареї Envia полягає в інноваційних електродах. Обидва виконані за оригінальною методикою.

Катод - це слоїстий композит Li2MnO3 • LiMO2, званий авторами «» високоємним, багатим марганцем «» - HCMR. Його власна питома ємність становить близько 300 мА-ч/г. Це приблизно вдвічі краще, ніж у серійних катодів для літієвих акумуляторів (LiCoO2, LiMn2O4 або LiFePO4) при меншій вартості.

Правда, в експериментах ми бачили і більш вражаючі катоди, скажімо, для літієво-сірчаних акумуляторів, але у тих є проблеми з живучістю. А ось HCMR, за словами розробників, здатний витримати тисячу циклів при глибині розряду 80%.

Анод нової батареї - це композит з вуглецю і кремнію. Як і в низці інших дослідів, автори батареї спокусилися дуже високою теоретичною ємністю кремнію (здатністю утримувати багато атомів літію). Але і тут проблемою було створення електрода, здатного довго працювати без радикальної втрати властивостей.

Варіант кремнієвого аноду від Envia показав питому місткість в 1530 мА-ч/г. При цьому після 300 циклів заряду/розряду він зберіг 91% своєї початкової ємності.

На додаток до електродів компанія придумала електроліт, що залишається стабільним при більш високому напруженні, ніж стандартний (5,2 вольта проти 4,3 В), і це стало ще одним фактором зростання загальної ємності.

Готовий літієвий осередок показав цілком задовільну живучість. При навантаженні C/3 і глибині розряду 80% вона подолала близько 400 циклів, ємність же її при цьому впала приблизно з 45-46 до 27-28 А-год.

Це ще далеко не ідеал для автомобільного застосування, але тут потрібно врахувати, що з новою батареєю електромобіль зможе проходити в 2,5-3 рази більше кілометрів на одній зарядці при тій же вазі акумуляторів. Отже, і заряджати їх доведеться рідше. Може, далеко не кожен день.

Envia Systems ще продовжить уточнювати начинку і деталі будови своєї батареї, сподіваючись на успішне впровадження новації.

Каліфорнійська компанія стверджує, що при масовому виробництві її осередки повинні коштувати $180 за кВт-год, а в перспективі (до 2016 року) і зовсім $125. Для порівняння, використовувані в електромобілях літієві батареї нині коштують $250-350 за кіловат-годину, а їх питома ємність - 80-150 Вт-год/кг.

Додамо, що робота над новим накопичувачем велася на кошти агентства з передових досліджень міністерства енергетики США (ARPA-E).