Ученые разработали вещество, позволяющее создавать намного более энергоемкие и долговечные батареи
Новый электролит позволяет воплотить в жизнь мечту физиков об аккумуляторов с цельнометаллическим анодом
Идея литий-металлической батареи открывает перспективы для мобильных устройств и транспортных средств, поскольку она способна нести гораздо больше заряда без утяжеления самой батареи. Это связано с превосходной плотностью энергии, которую обещает анод из чистого металлического лития. Однако есть некоторые технические проблемы, которые необходимо решить, прежде чем прототипы подобных аккумуляторов поступят в массовую продажу.
Среди них — химические реакции, происходящие в электролите, который представляет собой раствор, переносящий ионы лития между анодом и катодом при зарядке. В частности, атомы в металлических сплавах склонны растворяться в растворе электролита, что приводит к тому, что электроды теряют массу при циклическом цикле работы батареи и в конечном итоге начинают трескаться и разрушаться.
Ученые Массачусетского технологического института считают, что нашли жизнеспособную стратегию для реализации анода из металлического лития. Она возникла в результате более ранних исследований литий-воздушных батарей — еще одной многообещающей разработки, на воплощение которой даже по самым смелым прогнозам потребуются годы. Некоторые члены исследовательской группы разработали новый электролит на основе органических молекул для литий-воздушных батарей несколько лет назад и решили изучить применение его потенциала в другом месте.
Они решили изучить то, как электролит работает в сочетании со стандартными катодами, используемыми в современных литиевых батареях. Эти катоды представляют собой оксиды металлов, сделанные из лития, никеля, марганца и кобальта, но в данном случае их дополнял новый литий-металлический анод. Во время испытаний новый электролит показал высокую стойкость к растворению атомов металла, что предотвратило потерю массы и растрескивание, которое возникало во время предыдущих тестов и было главной проблемой системы.
Новинка также уменьшила накопление нежелательных соединений на поверхности электрода более чем в десять раз, но при этом позволяла ионам лития перемещаться легко и свободно, что критично в процессе зарядки аккумулятора. Хотя электролит оказался очень эффективным в сочетании с литий-никель-марганцево-кобальтовым катодом, то, как он взаимодействовал с металлическим литиевым анодом в экспериментах команды, действительно может открыть некоторые интересные пути для практического применения
Команда уверена, что новое вещество может привести к созданию литий-металлических батарей, которые потребляют около 420 Вт / кг, по сравнению с 260 Вт / кг, предлагаемыми современными устройствами. Это, в свою очередь, может привести к тому, что смартфоны или электромобили будут иметь одинаковый вес с современными моделями, но при этом будут требовать подзарядки в разы реже, что чрезвычайно важно (особенно для транспорта).
Следующая цель исследователей — масштабирование производства с целью сделать технологию максимально доступной. Хотя электролит прост в производстве, он включает соединение-предшественник, которое используется редко и, следовательно, является дорогостоящим в получении, хотя это может измениться по мере увеличения производства. В пользу технологии также работает то, что она не требует кардинального изменения архитектуры батареи, и команда описывает ее как отличную замену нынешним электролитам.