Китайські вчені створили літієві акумулятори, які в півтора рази ємніші, але виникла проблема з ресурсом

Сучасні літій-іонні акумулятори з графітовими анодами поступово наближаються до межі своїх можливостей, тому дослідники шукають способи значно збільшити кількість енергії, що зберігається при тій же масі батареї. Групі китайських вчених вдалося створити літій-металеві акумулятори пакетної компоновки з питомою енергією понад 600 Вт·год/кг.

Джерело зображення: Unsplash, Roberto Sorin

Результати роботи опубліковані в науковому журналі Nature Communications. Як зазначає CarNewsChina, масово випускаються літій-іонні акумулятори з графітовими анодами вже наближаються до свого теоретичного максимуму питомої енергії, що становить близько 350 Вт·год/кг. Для електромобілів подальше збільшення цього показника також важливе, але особливо гостро потреба в легших і ємніших джерелах енергії відчувається в авіації.

Одним з перспективних рішень вважаються літій-металеві акумулятори, в яких замість традиційного графітового анода використовується металевий літій. Однак практичному застосуванню цієї технології поки заважає необхідність одночасно забезпечити високу питому енергію, достатній ресурс і безпеку. Зокрема, такі елементи піддаються прискореному розкладу електроліту та утворенню літієвих дендритів, особливо при роботі з високими напругами.

Китайські дослідники запропонували боротися з цими проблемами за допомогою захисних шарів, що формуються на поверхні електродів. Тонкоплівкове покриття катода захищає його від пошкоджень при високій напрузі, а захисний шар на металевому літієвому аноді сприяє більш рівномірному переносу іонів літію та пригнічує утворення дендритів, знижуючи пов'язані з цим ризики. Необхідні для формування захисних шарів речовини додаються безпосередньо в електроліт під час виготовлення елемента.

Створені дослідниками прототипи акумуляторів пакетної компоновки ємністю 10 А·год з трьохкомпонентними катодами (NMC) з високим вмістом нікелю досягли питомої енергії 550 Вт·год/кг. Після 180 циклів заряду і розряду вони зберегли близько 80 % початкової ємності.

Використання катода з високим вмістом марганцю дозволило збільшити питому енергію до 603 Вт·год/кг. Це приблизно в півтора рази вище показників кращих серійних літій-іонних акумуляторів. Однак технологія поки що знаходиться на дослідницькій стадії, а ресурс у 180 циклів занадто малий для більшості масових застосувань, тому до появи подібних батарей у серійних електромобілях або літальних апаратах може пройти чимало часу.

Тим часом найбільший світовий виробник тягових акумуляторів CATL досліджує й інші перспективні хімічні системи. Раніше компанія повідомляла про роботу над літій-повітряними акумуляторами, теоретична питома енергія яких може досягати 12 000 Вт·год/кг, що наближає їх за цим показником до рідкого вуглеводневого пального.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки