Разработан стабильный на воздухе и водостойкий литий-металлический анод

Команда ученых из университетов Тяньцзиня и Цинхуа разработала покрытие для металлического лития, повышающего его устойчивость к действию воздуха и влаги.

Исследование было проведено командой, возглавляемой профессорами Цюань-Хун Яном (Тяньцзинь) и Вэем Лв (Цинхуа), сообщает phys.org. Литий-металлические аноды могут значительно повысить энергоемкость литий-ионных батарей за счет большой удельной мощности (3800 мА*ч/г) и низкого напряжения (-3,04 В портив Li/Li+). Но нестабильность на воздухе, склонность к росту дендритов и высокая химическая активность ограничивают применение материала. Металлический литий чувствителен к влаге и окисляющим атмосферным компонентам. Под их действием вырабатываются изолирующие компоненты, снижающие электрохимическую производительность. При контакте с водой происходит возгорание.

Группа использовала принципы упаковки электронных компонентов для защиты от физических повреждений и коррозии. Ученые разработали покрытие из воска и полиэтиленоксида (ПЭО) для литий-металлических поверхностей. Оно наносится путем погружения, обеспечивая аноду стабильность на воздухе и водостойкость. Воск легко распределяется по металлическому литию. Композит на его основе предотвращает нежелательные реакции. В аккумуляторах покрытие уменьшает травление литиевой поверхности электролитом. Одновременно равномерное распределение ПЭО гарантирует однородный поток ионов на границе сред и предотвращение роста дендритов.

Обработанные аноды сохраняли стабильность во влажном воздухе (70%) 24 часа. Емкость оставалась на уровне 85%. При контакте лития с водой не происходило мгновенного возгорания или снижения производительности. Анод сохранял стабильность 500 ч в симметричных элементах. Литий-серные батареи с такими электродами демонстрировали медленную потерю мощности – 0,075% за раз в течение 300 циклов. Работа показала, как эффективно упаковка защищает чувствительные электродные материалы. Покрытие подходит для разных соединений.

Результаты исследования опубликованы в Science Bulletin.