Сегодня литий-ионные батареи составляют основу большинства электронных устройств, в том числе электромобилей.
Тем не менее, несмотря на все свои революционные преимущества, этим батареям все же присущ недостаток: дендриты сделать его менее стабильным. Эти тонкие, коварные, похожие на деревья кусочки лития образуют острые шипы, которые в конечном итоге протыкают батарею, вызывая короткое замыкание и другие проблемы.
Дендриты не только делают литий-ионный аккумулятор менее стабильным, но и менее долговечным.
Мягко говоря, им есть куда совершенствоваться.
Ученые пытались понять, как образуются дендриты лития, чтобы увидеть, как создать более стабильную и долговечную батарею для электромобилей.
Сегодня исследователи изГарвардский университет говорит, что у них есть ответ: литий-металлический аккумулятор, изготовленный из твердотельного металлического материала вместо литий-ионного. Стабильная батарея, которая устраняет раздражающие дендриты и обеспечивает большую прочность и долговечность, чем батарея из жидких или графитовых материалов.
Намного лучше по большему количеству причин
«Наша многослойная конструкция имеет структуру менее стабильного электролита, зажатого между более стабильными твердыми электролитами, что предотвращает рост дендритов лития», — говорят ученые в новом исследовании. опубликовано в Nature.
Стабильный и «самовосстанавливающийся» аккумулятор
Изготовление батареи преимущественно из твердых материалов помогает предотвратить образование дендритов разными способами. Механически гораздо легче сломать тонкую металлическую или керамическую оболочку, чем пробить, например, твердый анод батареи. Этот проект идет на шаг дальше, химически учитывая любые трещины с помощью «динамически генерируемого разложения». которые заполняют и блокируют потенциальные дендриты.
Как изготовлен стабильный металлический литиевый аккумулятор?
Представьте себе новую стабильную батарею как гамбургер с салатом и помидорами: хлеб — это литий-металлический анод, салат — графит, помидоры — первый электролит, а бекон — второй электролит. Добавьте еще один слой первого электролита, накройте его катодом и наслаждайтесь едой.
Что может измениться при переходе с литий-ионных аккумуляторов на литий-металлические?
В идеальном мире литий-металлический аккумулятор легче, мощнее и долговечнее. К сожалению, до сих пор не удалось получить стабильную версию. Уменьшение или устранение образования дендритов имеет основополагающее значение для любого из этих проектов, именно она значительно снижает любые отрицательные результаты. Ученые Гарварда протестировали свою батарею более 10.000 циклов зарядки, конкурируя с традиционным автомобилем (работающим на ископаемом топливе), но на этом они не остановились.
Они обнаружили, что после этих 10.000 82 циклов их конструкция все еще сохранила XNUMX% заряда!
Благодаря этой стабильной батарее электромобиль может прослужить так же долго, как и «ископаемый» автомобиль.
Эта технология аккумуляторов может продлить срок службы электромобилей до автомобилей с бензиновым двигателем с 10 до 15 лет без необходимости замены аккумулятора. Благодаря своей высокой плотности тока аккумулятор может проложить путь для электромобилей, которые могут полностью заряжаться в течение 10 минут.
Из пресс-релиза Гарвардского университета
Что все это означает для будущего аккумуляторов и электромобилей?
Если конструкция работает так, как задумано, она может сама открыть дверцу литиево-металлической батареи на рынке. Для электромобилей почти доминирует стоимость только аккумуляторов. Уменьшение количества поломок и веса дало бы огромную экономию.
«Литий-металлический аккумулятор считается Святым Граалем в области аккумуляторной химии из-за его высокой емкости и плотности энергии», — говорит он. Синь Ли, исследователь из Гарварда. «Этот экспериментальный проект показывает, что твердотельные литий-металлические батареи могут конкурировать с коммерческими литий-ионными батареями».
