Logo
Cover

Ученые армии США разработали самовосстанавливающийся защитный слой для литий-ионных батарей, который существенно замедляет процесс разрушения электролита и кремниевого анода. Изобретение способно увеличить срок службы аккумуляторов следующего поколения в разы, а также сделать электроды намного тоньше, что уменьшит вес батарей и ускорит процесс их зарядки.

Один из способов увеличения производительности аккумуляторов — повышение емкости анода и катода. В литий-ионных батареях обычно графитовые аноды, емкость которых около 370 мА*ч за грамм. Аноды из кремния могут выдать минимум в четыре раза больше — от 1500 до 2800 мА*ч/г, однако намного быстрее разрушаются. Причина в том, что в отличие от графита, кремний расширяется и сокращается во время работы батареи. Из-за этого трескается защитный слой (SEI), окружающая анод, пишет Science Daily.

Эта пленка формируется естественным путем, когда частицы анода вступают в контакт с электролитом. Возникающий барьер препятствует дальнейшим реакциям и отделяет анод от электролита. Но когда защитный слой поврежден, частицы анода вступают в реакцию с электролитом непрерывно. Ученые уже пытались решить эту проблему, создав пленку, которая расширяется вместе с кремниевым анодом, но этот метод все равно вызывает деградацию электролита.

Команда исследователей из Университета Мэриленда и Исследовательской лаборатории армии США решила попробовать другой подход. Они разработали настолько жесткий барьер, что он не ломается даже когда анод расширяется. Эта пассивирующая пленка из фторида лития значимо снижает деградацию электролита.

Во время испытаний новая конструкция батареи показала 99,9-процентную кулоновскую эффективность. Это значит, что в каждом цикле всего 0,1% энергии теряется в процессе деградации электролита. Для сравнения, в обычных литий-ионных батареях этот показатель равен 99,5%. Разница кажется незначительной, но на практике она означает, что срок службы увеличивается больше чем в пять раз.

Кроме того, такая конструкция позволяет делать электроды намного тоньше, что существенно ускоряет процесс зарядки, а сама батарея становится легче.

Компания Enevate разработала специальную кремниевую пленку для анодов литий-ионных батарей. Это решение позволяет увеличить средний запас хода современных электромобилей на 30%. А на то, чтобы зарядить такой аккумулятор на 400 км, достаточно будет всего пяти минут.