В статье в журнале Nature Energy инженеры сообщили о прогрессе в создании литий-металлических батарей, которые заряжаются быстро — всего за час. Быстрая зарядка достигается благодаря кристаллам металлического лития, которые можно засевать и. Хитрость заключается в использовании поверхности для выращивания кристаллов, которая официально «не нравится» литию.
Из этих затравочных кристаллов вырастают плотные слои однородного металлического лития. Равномерные слои металлического лития представляют большой интерес для исследователей аккумуляторов, поскольку в них отсутствуют шипы, снижающие производительность аккумулятора, называемые дендритами. Формирование дендритов в анодах аккумуляторов является давним препятствием для быстрой зарядки литий-металлических аккумуляторов со сверхвысокой плотностью энергии.
Чтобы вырастить кристаллы металлического лития, исследователи заменили традиционные медные поверхности на отрицательной стороне (аноде) литий-металлических батарей на литофобную нанокомпозитную поверхность из фторида лития (LiF) и железа (Fe). При использовании литофобной поверхности для осаждения лития образовывались зародыши кристаллов лития, из которых вырастали плотные слои лития — даже при высоких скоростях зарядки. Результатом стали литий-металлические батареи с длительным сроком службы, которые можно быстро заряжать.
Специальная нанокомпозитная поверхность — это открытие. Мы бросили вызов традиционному представлению о том, какая поверхность необходима для выращивания кристаллов лития. Преобладает мнение, что литий лучше растет на поверхностях, которые ему нравятся, на поверхностях, которые являются литиофильными. В данной работе мы покажем, что это не всегда так. Подложка, которую мы используем, не любит литий. Однако он обеспечивает обильные центры зародышеобразования наряду с быстрым движением лития на поверхности. Эти два фактора приводят к росту этих красивых кристаллов. Это хороший пример научного понимания решения технической проблемы
— профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Пинг Лю.
Заменив медные поверхности на аноде литий-металлических батарей литофобной поверхностью из фторида лития и железа, исследователи открыли новые возможности для создания более надежных, безопасных и высокоэффективных литий-металлических аккумуляторов
Новое достижение может устранить значительное препятствие, которое сдерживает широкое использование энергоемких литий-металлических батарей для таких приложений, как электромобили (EV) и портативная электроника. Хотя литий-металлические батареи обладают большим потенциалом для электромобилей и портативной электроники из-за их высокой плотности заряда, сегодняшние литий-металлические батареи необходимо заряжать очень медленно, чтобы сохранить производительность батареи и избежать проблем с безопасностью.
Медленная зарядка необходима для минимизации образования литиевых дендритов, снижающих производительность батареи, которые образуются, когда ионы лития соединяются с электронами, образуя кристаллы лития на анодной стороне батареи. Кристаллы лития накапливаются при зарядке батареи и растворяются при разрядке батареи.
