Az új energiafelhasználású elektromos járművek és elektromos repülőgépek gyors fejlődésével a megnövelt hatótávolság iránti kereslet mindkettőben egyre inkább az energia{0}}sűrű lítium-akkumulátorokra (LIB) támaszkodik.
Dec 08, 2025
Az új energiafelhasználású elektromos járművek és elektromos repülőgépek gyors fejlődésével a megnövelt hatótávolság iránti kereslet mindkettőben egyre inkább az energia{0}}sűrű lítium-akkumulátorokra (LIB) támaszkodik.
Jelenleg a hagyományos folyékony akkumulátorokban a Li+ ionok hatékony szállítási útvonala a porózus elektródán belül döntő jelentőségű. Ez a hossz a területi terhelés növekedésével növekszik, közvetlenül korlátozva a gyors-töltési teljesítményt. Különféle stratégiákat javasoltak az iparban, amelyek közül az elektróda vékonyítása az egyik fő módszer a sebességi teljesítmény javítására, de ez a módszer az akkumulátor energiasűrűségének az ára.
A szilárdtest{0}}akkumulátorok, mint az akkumulátorok végső célja, a hozamon és a költségeken túl kihívásokkal néznek szembe; az egyik legnagyobb szűk keresztmetszet a lítium-dendritképződés problémájának megoldása. A lítium-fém a legígéretesebb anódanyag az akkumulátorokhoz, de a dendritek növekedése, a lítium nagy reakcióképessége és a térfogat-növekedés biztonsági kockázatot jelent a lítium-fém akkumulátorok számára, akadályozva a lítium-fém anódok gyakorlati alkalmazását újratölthető akkumulátorokban.
Mindkét fő fájdalompont jelenleg ugyanarra a megoldásra mutat: habosított rézre. A habosított réz, más néven 3D réz, egy új akkumulátor-anyag, számos egyedi tulajdonsággal és előnnyel. A habosított réz fémes anyag, nagyszámú, egyenletesen elosztott, egymással összekapcsolt pórussal, jó vezetőképességgel és rugalmassággal. A lítium-ion akkumulátoros alkalmazásokban az első-generációs rézfólia áramgyűjtőkhöz és a második-generációs kompozit áramgyűjtőkhöz képest a habosított fém áramgyűjtők a harmadik generációt képviselik. Ez a harmadik-generációs áramgyűjtő kulcsfontosságú tényező annak meghatározásában is, hogy Kína lehet-e az első a világon, amely eléri az összes -szilárd állapotú-akkumulátor iparosítását.
Először is, a habosított réz, mint akkumulátoranyag, nagy vezetőképességgel rendelkezik, ami segít javítani az akkumulátor töltési és kisütési hatékonyságát. Porózus szerkezete növeli az elektróda és az elektrolit közötti érintkezési felületet, ezáltal javítja az akkumulátor energiasűrűségét és ciklusstabilitását. A hagyományos áramgyűjtők (TCC-k), mint például a réz- és alumínium-tartalmú tömör fémfóliák, nem rendelkeznek porozitással, és áthatolhatatlanok az elektrolit számára. Ezért ezek a TCC-k nem könnyítik meg a Li+-szállítást, és csak az egyik oldalon korlátozzák a Li+-transzportot az elektródák között, korlátozva a gyors-töltési teljesítményt.
Ezzel szemben a habosított réz porózus kialakítása lehetővé teszi a Li+-ionok egyidejű áthaladását mind az áramkollektoron, mind a szeparátoron, így felére csökkenti az effektív Li+ szállítási távolságot, és négyszeresére növeli a diffúziós-korlátozott C-sebességet anélkül, hogy az energiasűrűséget befolyásolná. Jelenleg a vezető hazai és nemzetközi nagy hatékonyságú akkumulátorgyártók{5}} végeztek összehasonlító tanulmányokat. A Nature legújabb cikke szerint az ezt az áramgyűjtőt használó akkumulátorok nagy fajlagos energiával (276 Wh kg⁻¹) és jelentős gyorstöltési képességekkel rendelkeznek, 4 C (78,3% C/C), 6 C (70,5% C/C) és 10 C (54,3% C/C) sebességgel működnek. Ez a porózus áramgyűjtő-kialakítás kompatibilis a meglévő akkumulátorgyártási folyamatokkal és más gyors{16}}töltési stratégiákkal, gazdagítja az akkumulátorkonfigurációkat, és jobb ötleteket ad a következő generációs akkumulátorok tervezéséhez.
Másodszor, ami a szilárdtest-akkumulátorok-lítium-dendrit képződésének-a legnagyobb problémáját illeti, a rézhab nagy felülete hatékonyan kiterjeszti az elektródák területét, így aktívabb helyeket biztosít az elektrokémiai reakcióknak. Ez nagyobb áramsűrűséget és akkumulátorkapacitást eredményez. Ennél is fontosabb, hogy a nagyobb reakcióterület kisebb egységáramot jelent, ami nagymértékben javítja a lítium-dendrit képződését. A vezető akkumulátorgyártók laboratóriumaiban már széles körben használják kondenzált-és szilárdtest-akkumulátorokban.
Ezenkívül a rézhab jó mechanikai szilárdsággal és stabilitással is rendelkezik, képes ellenállni az akkumulátor ciklusa során keletkező igénybevételnek, meghosszabbítva az akkumulátor élettartamát. Ez a szilárdtest{1}}akkumulátorok számára is nagyon vonzó.
Minden GWh akkumulátor 700 tonna rezet igényel 6 m rézfóliához, a kompozit áramgyűjtő tömege pedig körülbelül 300 tonna, amihez körülbelül 250 tonna réz szükséges. A habosított réz csak körülbelül 100 tonnát igényel. A rézfelhasználás jelentős csökkenése – tekintettel a rézár hosszú távú-áremelkedésére vonatkozó jelenlegi várakozásokra – nemcsak sok költséget takaríthat meg, hanem jelentősen javíthatja az akkumulátor energiasűrűségét is.
