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 литиевых дендритов», — говорят ученые в новом исследовании. опубликовано в Nature.
Стабильная и «самовосстанавливающаяся» батарея
Изготовление батареи в основном из твердых материалов помогает предотвратить образование дендритов несколькими способами. Механически разбить тонкую металлическую или керамическую оболочку гораздо проще, чем пробить, например, сплошной анод батареи. Этот проект идет еще дальше, химически принимая во внимание любые трещины с «динамически генерируемыми разложениями». которые заполняют и блокируют потенциальные дендриты.
Как изготовлен стабильный металлический литиевый аккумулятор?
Думайте о новой стабильной батарее как о гамбургере с салатом и помидором: хлеб — это металлический литий-анод, салат — это графит, помидоры — это первый электролит, а бекон — второй электролит. Добавьте еще один слой первого электролита, покройте его катодом и наслаждайтесь едой.
Что может измениться при переходе с литий-ионных аккумуляторов на литий-металлические?
В идеальном мире литий-металлическая батарея легче, мощнее и долговечнее. К сожалению, до сих пор не удалось получить стабильную версию. Уменьшение или устранение образования дендритов является ключевым в любом из этих проектов, именно она значительно снижает любые негативные результаты. Гарвардские ученые протестировали свою батарею более 10.000 циклов зарядки, конкурируя с традиционным (работающим на ископаемом топливе) автомобилем, но они не остановились на достигнутом.
Они обнаружили, что после этих 10.000 82 циклов их конструкция по-прежнему удерживает XNUMX% заряда!
С этой стабильной батареей электромобиль может работать так же и дольше, чем «ископаемое».
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 для 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».
