В эпоху, когда спрос на эффективное и устойчивое хранение энергии находится на пике, революционная разработка Школы инженерии и прикладных наук Гарвардского университета установила новый стандарт в области аккумуляторных технологий. Исследователи представили новую литий-металлическую батарею, способную выдержать не менее 6000 циклов зарядки и разрядки и полную зарядку за считанные минуты. Это революционное достижение не только обещает изменить способ использования аккумуляторов, но и открывает путь к более практическому применению в таких отраслях, как электромобили.
Суть этого исследования заключается в изготовлении твердотельных батарей с использованием литий-металлических анодов — метод, который позволил по-новому взглянуть на материалы для потенциально революционных батарей. Исследование, опубликованное недавно в журнале Nature Materials, подчеркивает значительные успехи, достигнутые в понимании и использовании литий-металлических анодов. Синь Ли, автор статьи, заметил: «Литий-металлические анодные батареи считаются Святым Граалем аккумуляторов. Их емкость в десять раз превышает емкость коммерческих графитовых анодов, что потенциально значительно увеличивает запас хода электромобилей. Наше исследование знаменует собой жизненно важный шаг на пути к более практичным твердотельным батареям для промышленного и коммерческого применения».
Одной из самых больших проблем при разработке этих батарей было образование дендритов на поверхности анода. Эти корнеобразные структуры растут в электролите, пробивая барьер, разделяющий анод и катод, что приводит к коротким замыканиям батареи и даже возгораниям. В 2021 году Ли и его команда решили эту проблему, разработав многослойную батарею, в которой между анодом и катодом вкраплены различные материалы различной стабильности. Эта многослойная конструкция из нескольких материалов не полностью блокировала дендриты лития, но контролировала и сдерживала их проникновение.
В своем последнем исследовании команда добилась дальнейших успехов, включив в анод частицы кремния микрометрового размера. Этот подход сокращает реакцию литиирования и способствует равномерному гальванопокрытию толстого металлического лития, эффективно предотвращая образование дендритов. Более того, процессы гальваники и зачистки могут происходить быстро на плоских поверхностях, что позволяет полностью зарядить аккумулятор всего за 10 минут.
На экспериментальном этапе была создана аккумуляторная батарея размером с почтовую марку, которая в 10–20 раз больше, чем большинство батареек-монет, производимых в университетских лабораториях. Примечательно, что эта батарея сохранила 80% своей емкости даже после 6000 циклов, превосходя по производительности другие аккумуляторы, представленные в настоящее время на рынке.
Это нововведение Гарварда — больше, чем просто академическое достижение; это означает большой шаг вперед в аккумуляторных технологиях. Благодаря своей повышенной емкости, безопасности и эффективности, литий-металлическая батарея, разработанная Ли и его командой, обладает потенциалом совершить революцию в хранении и использовании энергии, особенно в электромобилях, что знаменует собой важную веху на нашем пути к более устойчивому и энергоэффективному производству. будущее.
Время публикации: 12 января 2024 г.
