ВСЛУХ

Новый аккумулятор из лития заряжается за считанные минуты более 6000 циклов

Новый аккумулятор из лития заряжается за считанные минуты более 6000 циклов
Исследователи из Гарвардской школы инженерии (SEAS) разработали новую литий-металлическую аккумуляторную батарею (АКБ), которую можно заряжать и разряжать минимум 6000 раз. Такая долговечность превышает показатели любого другого твердотельного аккумулятора. К тому же новинку можно перезарядить за считанные минуты.


В отчёте разработчиков, опубликованном в издании Nature Materials, описан способ изготовления твердотельных аккумуляторов с литий-металлическим анодом. Объяснил преимущества концепции Синь Ли, доцент кафедры материаловедения SEAS и старший автор статьи. Литий-металлические АКБ считаются крайне заманчивой идеей, потому что их ёмкость в десять раз превышает аналогичный показатель коммерческих графитовых анодов, и они могут значительно увеличить, например, запас хода электромобилей. Вот почему проведённое исследование — значительный рывок на пути к созданию более практичных твердотельных АКБ для промышленного и коммерческого применения, прокомментировал учёный.

Учёным-аккумуляторщикам мешали создать этот Святой Грааль практические препятствия. Одна из наибольших проблем при воплощении идеи таких аккумуляторов — нарастание дендритов на аноде. По форме похожие на корни растений, эти образования ветвятся в электролите и проникают сквозь барьер между анодом и катодом. Результат появления дендритов в батарее — короткое замыкание и даже возгорание.

Дендриты возникают, когда ионы лития перемещаются от катода к аноду при зарядке, закрепляясь на аноде. Явление это называют осаждением лития или литиированием. Литиевое покрытие на аноде формирует корявую поверхность, напоминающую зубной налёт. Процесс динамический, вроде «туда-сюда-обратно», то есть при разрядке элементов питания ионы лития переносятся от анода к катоду. Но, покидая анод, могут оставлять неровности, так что при следующей зарядке маленький дендрит будет ещё более корявым и неравномерным, с тенденцией к дальнейшему увеличению.

В 2021 году Синь Ли с коллегами предложили способ борьбы с дендритами: они разработали многослойную батарею, добавив между анодом и катодом несколько материалов с различными характеристиками. Многослойность предотвратила вольготный рост литиевых дендритов, как бы контролируя и сдерживая их.

Разработчики предотвратили образование дендритов, использовав для анода частицы кремния микронного размера, чтобы ограничить реакцию литиирования и способствовать однородности слоя оседающего металла.

В новой конструкции ионы лития, естественно, тоже движутся от катода к аноду при зарядке, но реакция литиирования происходит ограниченно и на минимальной поверхности, причём ионы щелочного металла пристают к частицам кремния без дальнейшего заглубления в анод. Достижение существенно отличается по химсоставу от жидких литий-ионных аккумуляторов — в последних ионы лития по мере повторения динамической реакции в конце концов разрушают кремний в аноде.

А в разработанном твердотельном аккумуляторе литиирование происходит так, что металл оседает вокруг кремниевой сердцевины. Ли привёл по этому поводу кондитерское сравнение: якобы в новой конструкции батареи металлический литий обволакивает частицы кремния, как начинка в шоколадном трюфеле — ядро фундука.

Причём такие кремниевые частицы с литиевым покрытием отличаются однородной поверхностью. Это означает, что плотность тока по ней распределяется равномерно и тем самым предотвращает рост дендритов. А поскольку нарастание покрытия и убывание покрытия с ровной поверхности происходит быстро, аккумулятор может зарядиться всего за 10 минут.

Исследователи создали в качестве образца аккумулятор размером с почтовую марку. Аккумулятор сохранил 80% своей ёмкости после 6000 циклов работы, что побивает показатели АКБ, распространённых сегодня на рынке. Технологию уже лицензировали. В документах описана методика создания аккумуляторной батареи габаритами вплоть до величины смартфона.

Автор:

Использованы фотографии: pixabay.com

Мы в Мы в Яндекс Дзен
Прорыв в аккумуляторных технологиях: Эти литий-металлические батареи способны заряжаться всего за часНовая конструкция литий-воздушной батареи может обеспечить гораздо больший запас хода по сравнению с литий-ионной батареей

Чужие земли

Чужие земли

Ученая НАСА рассказала о 70 мирах, где есть все необходимое для существования жизни....
  • 1 896
Т — значит теплокровный

Т — значит теплокровный

Тираннозавр все-таки оказался c горячей кровью. Но, как всегда, дьявол скрывается в деталях....
  • 696