Са брзим развојем нових енергетских електричних возила и електричних авиона, потражња за продуженим дометом вожње у оба се све више ослања на енергетски{0}}густе литијум-јонске батерије (ЛИБ)

Са брзим развојем нових енергетских електричних возила и електричних авиона, потражња за продуженим дометом вожње у оба се све више ослања на енергетски{0}}густе литијум{1}}ионске батерије (ЛИБ).

Тренутно, у традиционалним течним батеријама, ефикасна дужина транспортног пута Ли+ јона унутар порозне електроде је кључна. Ова дужина се повећава са површинским оптерећењем, директно ограничавајући брзо{2}}перформансе пуњења. У индустрији су предложене различите стратегије, међу којима је стањивање електрода једна од главних метода за побољшање перформанси брзине, али ова метода долази по цену густине енергије батерије.

Слиде{0}}батерије, као крајњи циљ батерија, суочавају се са изазовима који превазилазе принос и цену; једно од највећих уских грла је решавање проблема формирања литијум дендрита. Метални литијум је анодни материјал који највише обећава за батерије, али раст дендрита, висока реактивност литијума и проширење запремине представљају безбедносне опасности за литијум металне батерије, ометајући практичну примену литијум металних анода у пуњивим батеријама.

Обе ове главне болне тачке тренутно указују на исто решење: пенасти бакар. Пенасти бакар, познат и као 3Д бакар, је нови материјал за батерије са многим јединственим својствима и предностима. Пенасти бакар је метални материјал са великим бројем равномерно распоређених међусобно повезаних пора, који показује добру проводљивост и дуктилност. У апликацијама литијум{4}}јонских батерија, у поређењу са колекторима струје од бакарне фолије прве-генерације и композитним струјним колекторима друге-генерације, струјни колектори од пенастог метала представљају трећу генерацију. Овај колектор струје треће -генерације је такође кључни фактор који одређује да ли Кина може бити прва у свету која је постигла индустријализацију свих -чврстих{10}} батерија.

Прво, пенасти бакар, као материјал за батерије, поседује високу проводљивост, што помаже у побољшању ефикасности пуњења и пражњења батерије. Његова порозна структура повећава површину контакта између електроде и електролита, чиме се побољшава густина енергије батерије и стабилност циклуса. Традиционални колектори струје (ТЦЦ), као што су чврсте металне фолије укључујући Цу и Ал, немају порозност и непропусни су за електролит. Стога, ови ТЦЦ не олакшавају транспорт Ли+ и ограничавају транспорт Ли+ између електрода само на једну страну, ограничавајући брзо{5}}перформансе пуњења.

Насупрот томе, порозни дизајн пенастог бакра омогућава Ли+ јонима да истовремено прођу и кроз струјни колектор и сепаратор, чиме се преполови ефективна удаљеност транспорта Ли+ и повећа перформансе стопе дифузије-ограничене Ц- за четири пута без утицаја на густину енергије. Тренутно, водећи домаћи и међународни произвођачи високоефикасних{5}}батерија су спровели упоредне студије. Према најновијем чланку Натуре-а, батерије које користе овај колектор струје показују високу специфичну енергију (276 Вх кг⁻¹) и значајне могућности брзог-пуњења, раде при брзинама од 4 Ц (78,3% Ц/Ц), 6 Ц (70,5% Ц/Ц) и 10 Ц (54,3% Ц/Ц). Овај порозни дизајн колектора струје је компатибилан са постојећим производним процесима батерија и другим брзим{16}стратегијама пуњења, обогаћујући конфигурације батерија и пружајући боље идеје за пројектовање батерија следеће{17}}генерације.

Друго, што се тиче највећег проблема у -батеријама у чврстом стању-формирању литијум дендрита-, велика површина бакарне пене ефикасно проширује област електроде, обезбеђујући активнија места за електрохемијске реакције. То доводи до веће густине струје и капацитета батерије. Што је још важније, већа реакциона површина значи мању јединичну струју, што ће у великој мери побољшати формирање литијум дендрита. Већ се широко користи у кондензованим-и чврстим-батеријама у лабораторијама водећих произвођача батерија.

Штавише, бакарна пена такође има добру механичку чврстоћу и стабилност, способну да издржи стрес који се ствара током циклуса батерије, продужавајући век трајања батерије. Ово је такође веома привлачно за чврсте-батерије.

Свака ГВх батерија захтева 700 тона бакра за 6м бакарне фолије, а композитни струјни колектор је тежак око 300 тона, за око 250 тона бакра. За пенасти бакар је потребно само око 100 тона. Значајно смањење употребе бакра, с обзиром на тренутна очекивања дуготрајног-поскупљења бакра, може не само да уштеди много трошкова већ и значајно побољша густину енергије батерије.