Тянущиеся пластиковые эластомеры позволят создать новый дизайн литий-ионных батарей
Ученые из Технологического института Джорджии разработали новый катод и электролитическую систему, удешевляющие производство литий-ионных батарей.
Дизайн позволяет отказаться от дорогих металлов и жидкого электролита, сообщает sciencedaily.com. Последний заменил твердый полимер. Для электродов использованы фториды металлов переходного ряда.
Результаты исследования опубликованы в Nature Materials.
«Нестабильность и быстрый распад электродов из фторидов делали их неперспективным элементом для следующего поколения аккумуляторов, — сказал профессор Глеб Юшин. – Но мы показали, что проблему решает использование твердого полимерного электролита. Фториды сохраняют стабильность даже при повышении температуры, открывая путь к более безопасным, легким, дешевым литий-ионным батареям».
Ученые создали катод из фторида железа. По емкости он почти в 2 раза превосходит аналоги на основе никеля или кобальта. Железо также в 150 и 300 раз дешевле этих материалов. Для создания катода исследователи разработали процесс введения твердого полимерного электролита в предварительно изготовленный электрод. Затем структура подвергается горячему прессованию для увеличения прочности и устранения пустот.
Гибкий электролит подстраивается под набухание фторида в процессе работы, создавая стабильную, эластичную интерфазу.
«Такие катоды имеют большой потенциал за счет емкости, дешевизны и доступности железа, — сказал Юшин. – Но изменение объема и паразитические реакции с жидкими электролитами тормозили их распространение. Твердый продукт с эластичными свойствами решил многие проблемы».
Авторы протестировали несколько вариантов батарей, анализируя их производительность в течение более 300 циклов при 50°С. Показатели превзошли лучшие предыдущие структуры, работавшие при комнатной температуре.
Твердый электролит предотвратил потерю емкости, которую вызывало растворение металлических ионов в жидкости.
«Мы использовали распространенный полимер. Но другие твердые электролиты, аккумуляторные или электродные архитектуры, вроде частиц ядро-оболочка, должны показать схожие результаты, подавляя или предотвращая паразитические побочные реакции», — сказал соавтор работы, Константин Турченюк.
Ученые намерены улучшить твердые электролиты для ускорения зарядки, объединить их с жидкими продуктами для совместимости со стандартными технологиями производства аккумуляторов.
