Logo
Cover

Разрабатывая аккумулятор, способный обеспечить электрическому транспорту запас хода в несколько сотен миль, американские ученые решили заменить традиционный графитовый анод на литий-металлический. При этом им удалось защитить батарею от образования дендритов.

Анод из металлического лития способен увеличить емкость батареи на 30-50% и в то же время сократить срок службы батареи из-за образования кристаллических структур — дендритов — вызывающих короткое замыкание при контакте с катодом. Долгие годы ученые считали, что твердотельные электролиты, например, из керамики, способны предотвратить формирование дендритов. Но такой подход оказался не вполне эффективным, так как дендриты все равно возникали, как крошечные трещинки на лобовом стекле, которые мало-помалу становятся все больше.

Специалисты из Национальной лаборатории им. Беркли вместе с коллегами из Университета Карнеги — Меллон сообщили о создании твердого электролита нового класса, из полимеров и керамики. Он подавляет формирование дендритов в зародыше, еще до того, как они начнут расти.

Ключевой элемент нового материала — полимеры с внутренней микропористостью (PIM), чьи полости заполняют керамические частицы наноразмера. Поскольку электролит при этом сохраняет гибкость и эластичность, производители могут изготавливать рулоны литиевой фольги с электролитом в качестве ламината между анодом и сепаратором батареи, пишет Science Daily.

Для демонстрации возможности подавления дендритов команда ученых создала с помощью рентгеновских лучей 3D-изображение взаимодействия металлического лития и электролита и визуализировали нанесение слоев лития в течение 16 часов, под действием сильных токов. Слой лития постепенно нарастал, однако значимых признаков наличия дендритов обнаружено не было.

«Наша технология подавления дендритов имеет захватывающее значение для аккумуляторной промышленности, — заявил соавтор исследования Бретт Хелмс, сотрудник Berkeley Lab. — С его помощью производители аккумуляторов могут производить более безопасные литий-металлические батареи с высокой плотностью энергии и длительным сроком службы».

Хелмс также уверен, что литиевые металлические батареи, изготовленные с использованием нового электролита могут быть использованы и для питания электрических самолетов eVTOL (вертикального взлета и посадки) — они смогут обеспечить необходимую мощность и высокую плотность хранения энергии.

Стартап Advano тоже предлагает заменить графитовый анод литий-ионных батарей, но не на литий-металлический, а на кремниевый. Так можно повысить емкость аккумулятора примерно в десять раз. Однако во время зарядки кремний разбухает и может повредить внутренности батареи. Чтобы это предотвратить, на анод наносят частицы карбида кремния.