«Просто додай води»: науковці змогли продовжити термін служби літієвих батарей на 750%

Команда корейських учених зробила вражаючий прорив у галузі літій-металевих батарей, збільшивши термін їхньої служби на цілих 750%. І все це, значною мірою, завдяки простій воді, пише Tech Xplore.

Літій-метал – це той самий «супергерой», на який давно чекали у світі акумуляторних технологій. Він обіцяє дати гаджетам та електромобілям набагато більшу дальність та автономність у порівнянні зі звичними літій-іонними акумуляторами. Однак цей матеріал має свої недоліки.

Головна проблема – нестабільність: під час зарядки на поверхні літій-металу утворюються так звані дендрити – мікроскопічні нарости, схожі на голки. Вони не тільки знижують продуктивність батареї, але й створюють ризик короткого замикання та навіть займання.

Традиційні методи захисту, що включають нанесення різних покриттів на поверхню металу, виявилися не надто ефективними і до того ж часто неекологічними, маючи на увазі використання токсичних матеріалів.

Вчені з Корейського передового інститут науки і технологій (KAIST) знайшли несподіване рішення: вони розробили захисний шар із порожнистих нановолокон. Як основу вони використовували гуарову камедь – природний полімер, що отримується з рослин. Але найцікавіше – розчинником тут виступала звичайна вода, роблячи процес виробництва максимально безпечним для довкілля.

Порожнисті нановолокна не просто покривають літій-метал. Вони створюють свого роду «дорожню карту» для іонів літію, контролюючи їх переміщення та перешкоджаючи утворенню тих найнебезпечніших дендритів. Порожнечі всередині волокон відіграють ключову роль – вони не дають іонам літію безладно накопичуватися на поверхні металу, стабілізуючи його взаємодію з електролітом.

Перші результати вражають: акумулятори з таким захисним шаром пропрацювали на 750% довше, ніж звичайні літій-металеві акумулятори. Більше того, батарея зберегла понад 93% своєї початкової ємності навіть після 300 циклів зарядки-розрядки – показник, який можна назвати світовим рекордом. Ще один важливий момент: цей захисний шар повністю розкладається в ґрунті всього за місяць.

Синтез та характеристика захисної мембрани літієвих батарей

«Оскільки навантаження на довкілля, спричинене виробництвом і утилізацією акумуляторів, стає актуальною проблемою через різке зростання попиту на акумулятори, цей метод виробництва на водній основі з властивостями біологічного розкладання значною мірою сприятиме комерціалізації екологічно чистих акумуляторів нового покоління», – пояснив один із ініціаторів розробки, професор Іл-Ду Кім.