Аккумулятор прослужит вдвое дольше: давняя проблема литий-металлических батарей решена

В ходе исследования команда доктора Чунгдона Сука в Корейском научно-исследовательском институте химических технологий (KRICT) успешно перенесла гибридные защитные слои, состоящие из твердых полимеров и керамики, на литий-металл, используя процесс без растворителей, говорится в пресс-релизе.

Как объясняют исследователи, литий-металлические аккумуляторы предлагают почти в десять раз большую емкость чем обычные литий-ионные аккумуляторы. Однако риск образования дендритов во время циклов зарядки/разрядки вызывает беспокойство по безопасности, включая короткое замыкание и пожарную опасность, а также ограничивает срок службы аккумулятора.

Кроме того, традиционные процессы мокрого покрытия, которые зависят от органических растворителей, вносят примеси и повреждения поверхности, что затрудняет крупномасштабное производство и коммерциализацию.

Чтобы преодолеть эти проблемы, ученые разработали два типа защитных слоев: двухслойный, состоящий из оксида алюминия (Al₂O₃) и золота (Au), и гибридный слой, сочетающий керамические (Al-LLZO) и полимерные компоненты. Эти защитные слои впоследствии были ламинированы на металлический литий с помощью техники рулонной трансферной печати, что стало первой демонстрацией этого метода в этой области.

Данная техника формирует защитный слой на отдельной подложке, а затем переносит его на литий под давлением, что устраняет потребность в растворителях и минимизирует повреждения лития, одновременно улучшая однородность и воспроизводимость процесса.

Эти слои подавляют рост дендритов и индуцируют равномерный поток литий-ионов на границе раздела между электродом и электролитом, обеспечивая стабильную циклическую работу. В отличие от традиционных методов мокрого покрытия, новая техника позволяет равномерно покрывать большие площади без повреждения реактивной поверхности лития, что важно для коммерческого применения.

Важно Новая батарея проработает "вечность" и при этом обойдется дешевле аналогов: как это возможно

В ходе испытаний пакетных элементов литий-ионный анод с гибридной защитой сохранял емкость на уровне 81,5% после 100 циклов зарядки/разрядки, с низким перенапряжением 55,34 мВ и высоким кулоновским коэффициентом полезного действия 99,1%, что более чем вдвое превышает стабильность чистых литиевых элементов.

Даже в условиях высокой скорости разрядки, которая полностью разряжает аккумулятор в течение 9 минут, элементы сохраняли 74,1% своей первоначальной емкости, демонстрируя быстрые, стабильные и эффективные характеристики циклической разрядки/разрядки.