Литий-металлические батареи значительно превосходят обычные литий-ионные по плотности хранения энергии, что могло бы радикально увеличить запас хода электромобилей. Однако их коммерческое применение сдерживает проблема дендритов — острых литиевых кристаллов, которые вырастают на аноде при циклической зарядке. Если дендрит прорастает через электролит, это вызывает внутреннее короткое замыкание и может привести к возгоранию или взрыву.
Команда ученых из Университета Чоннам решила эту проблему с помощью многослойной конструкции, пишет IE. Их электролит состоит из двух мягких внешних слоев, обеспечивающих плотный контакт с электродами и пути для движения ионов лития, и жесткого центрального слоя, армированного керамическими частицами оксида лития-лантана-циркония. Эти частицы покрыты полидофамином — синтетическим аналогом белка, с помощью которого мидии прикрепляются к камням под водой.
Такая биомиметическая стратегия обеспечивает двойной эффект: покрытые керамические частицы создают взаимосвязанные каналы, по которым ионы лития перемещаются в четыре раза быстрее, чем в обычных полимерных электролитах. Одновременно гибкий полимерный материал усиливает механическую прочность и эластичность, физически блокируя рост дендритов. В результате оптимизированный состав с 30% керамики показал ионную проводимость почти в четыре раза выше, чем у стандартного электролита, а доля тока, переносимая именно ионами лития, достигла 0,81.
В испытаниях полноразмерных ячеек батарея сохранила более 80% емкости после 1000 циклов зарядки-разрядки, а гибкий мягкий элемент продолжал питать светодиод даже в сложенном состоянии и после частичного разрезания.
По словам разработчиков, технология открывает путь к созданию более безопасных аккумуляторов для электромобилей с большим запасом хода, а также к надежным источникам питания для носимой электроники и систем долговременного хранения энергии в энергосетях.
Химики из Китая предложили решение серьезной проблемы твердотельных аккумуляторов — нестабильности границы между электролитом и электродом, которая убивает ресурс батареи. Они создали композитный материал из органических и неорганических веществ, который сохраняет более 84% емкости после 350 циклов заряда-разряда.
