Obiecujące parametry ogniw litowo-jonowych od The Batteries

Ulokowana w Podkarpackim Parku Naukowo-Technologicznym Aeropolis, w Jasionce pod Rzeszowem, polska firma The Batteries sp. z o.o. opracowała cienkowarstwowe baterie litowo-jonowe o dwa razy większej pojemności niż typowe ogniwa, dzięki uzyskaniu lepszych parametrów przez eliminację zaburzeń w strukturze ich budowy. Będzie je masowo produkować w swojej podrzeszowskiej fabryce, a na rynek trafią już w 2023 roku. 

Nowa technologia

Pomimo, że baterie cienkowarstwowe typu solid state mają ten sam mechanizm elektrochemiczny - ruch jonów litu z katody do anody (ładowanie) i z anody do katody (rozładowanie) - baterie cienkowarstwowe typu solid state różnią się od zwykłych baterii li-ion pod względem materiałów i technologii produkcji. Konwencjonalne baterie li-ion składają się z prasowanych luzem proszków ze spoiwami lub dodatkami oraz ciekłego elektrolitu z grubym separatorem. Proces roll-to-roll jest typową technologią produkcji istniejących baterii li-ion. Baterie cienkowarstwowe są produkowane przy użyciu droższej próżniowej technologii pozwalającej na uzyskanie cienkiej struktury materiału baterii o wysokiej krystaliczności. Struktura ogniw baterii cienkowarstwowych z prawidłową fazą i orientacją kryształów ma lepsze właściwości w porównaniu z konwencjonalnymi bateriami litowo-jonowymi w prawie wszystkich aspektach technicznych, w tym żywotności, czasie ładowania, warunkach pracy i bezpieczeństwie. Elektrolit w postaci ciała stałego jest dużo mniej reaktywny, niż w postaci ciekłej, dzięki czemu ma dużo wyższą trwałość i wyeliminowane zostało ryzyko ewentualnego zapłonu, które w typowych bateriach litowo-jonowych neutralizowane jest za pomocą specjalnych dodatków.

Elastyczne możliwości formowania

Ciało stałe baterii cienkowarstwowej może być bardzo cienkie (mniej niż 50 um) i mieć niestandardowy kształt: prostokątny o wymaganej długości i szerokości, trójkątny, okrągły itp. Oprócz możliwości dopasowania do nietypowych wymiarów, z łatwością poddaje się formowaniu co poszerza potencjalne zastosowanie ogniw pozwalając na tworzenie elastycznych gadżetów.

Dwa razy więcej energii i 10 tys. cykli ładowania

Technologia cienkowarstwowa eliminuje "martwą przestrzeń" zużywaną przez spoiwa proszkowe i dodatki, gruby separator i wolną przestrzeń między ziarnami oraz pozwala na zastosowanie czystego litu jako anody (najbardziej efektywna anoda), zwiększając gęstość energii akumulatora. Katoda cienkowarstwowa o odpowiedniej fazie krystalicznej i orientacji ma większą ruchliwość jonów. Pozwala to na zwiększenie grubości katody, czyli pojemności przy tej samej objętości (gęstości pojemności). 

Wysokiej jakości struktura cienkowarstwowa zapewnia doskonały interfejs między elektrodami i półprzewodnikowym separatorem cienkowarstwowym, umożliwiając dobrą interkalację / deinterkalację Li-ionów przez strukturę ogniwa. Prowadzi to do dużej liczby cykli ładowania/rozładowania.

Ładowanie w czasie niespełna 10 minut i odporność na temperaturę

Wysokiej jakości cienka struktura filmu pozwala na znaczne zmniejszenie grubości elektrolitu. To znacznie zwiększa szybkość ładowania/rozładowania dzięki wyższemu przewodnictwu jonów przez cienką warstwę. Natomiast brak ciekłego elektrolitu oraz większa ruchliwość jonów w cienkich warstwach daje możliwość pracy półprzewodnikowego ogniwa baterii cienkowarstwowych w szerokim zakresie temperatur od -40 do +125 C. 

Cienkowarstwowe baterie ze stałym elektrolitem przeznaczone będą do masowych zastosowań IoT, takich jak czujniki przemysłowe, smartwatche, przenośne urządzenia medyczne, drony, a z czasem również smartfony.

© The Batteries

Opracowała Agnieszka Kubasik (na podstawie informacji pozyskanych od The Batteries)