Новое покрытие приближает литий-металлические батареи к реальности

Команда специалистов из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC изобрела покрытие, преодолевающее некоторые ключевые дефекты литий-металлических батарей.

Устройства рассматриваются как перспективные системы хранения энергии. Но практическому применению мешает короткий срок службы и случайные возгорания. Новое покрытие может сделать легкие литий-металлические аккумуляторы долговечными и безопасными, сообщает phys.org. Такой материал разработали специалисты из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

Результаты исследования представлены в журнале Joule.

В лабораторных опытах покрытие значительно продлило срок службы батарей. Оно также помешало возгоранию, ограничив формирование дендритов, пробивающих разделитель электродов. Помимо разрушения аккумулятора, такие структуры могут провоцировать короткое замыкание, воздействуя на огнеопасные жидкости аккумулятора. Проблема существует и в литий-ионных устройствах, но не мешает им доминировать на рынке.

«Мы обратились к святому Граалю литий-металлических аккумуляторов, — сказал профессор Женан Бао, старший автор. – Дендриты мешали им стать следующим поколением энергоресурсов для электромобилей».

Устройства могут хранить минимум в 3 раза больше мощности на фунт, в сравнении с литий-ионными системами. Металлические устройства легче. Масса уменьшается, так как вместо графита анод изготавливают из лития. При большей надежности аккумуляторы могли бы использоваться в портативной электронике и автомобилях. В последних около 25% энергии уходит на транспортировку батареи.

Команда протестировала покрытие на аноде – основной зоне формирования дендритов. Обработанные электроды объединили с другими доступными в продаже компонентами для создания полноценной батареи. После 160 циклов литий-металлические элементы продолжали поставлять 85% начальной мощности (без покрытия – 30%, если не взрывались).

Материал формирует сеть молекул, равномерно доставляющих заряженные ионы лития на электрод. Это предотвращает нежелательные химические реакции, типичные для таких аккумуляторов. Процесс быстро ведут к потере работоспособности.

«Покрытие делает литий-металлические батареи стабильными, многообещающими системами для дальнейшего развития, — сказал докторант Стэнфодрского университета, Чжао Ю, соведущий автор работы».

Команда совершенствует материал для увеличения удерживаемой емкости и числа циклов.

«Применение в электромобилях кажется конечной целью, — сказал профессор И Цуй, старший автор из SLAC. – Но вывод на рынок, вероятно, начнется, с потребительской электроники, демонстрирующей безопасность батарей».