Не спешите прощаться с литиевыми батареями: ученые придумали такое, что улучшило их в разы

Ученые из Школы энергетики и химической инженерии UNIST и Корейского института науки и технологий (KIST) создали гибридный анод, состоящий из графита и органических наноматериалов. Этот инновационный материал эффективно предотвращает потерю емкости во время многократных циклов быстрой зарядки, гарантируя долговечность аккумуляторов, пишет techxplore.com.

В процессе зарядки аккумулятора ионы лития перемещаются в материал анода, сохраняя энергию в виде атомов лития. При быстрой зарядке избыток лития может образовывать на поверхности так называемые отложения "мертвого лития", которые невозможно использовать повторно. Это накопление снижает емкость и ускоряет деградацию аккумулятора.

Новый гибридный анод содержит широкодоступные графитовые частицы (мезоуглеродные микросферы, MCMB), равномерно внедренные в изогнутые нанолисты хлорированного деформированного гексабензокоронена (Cl-cHBC). Эти уникальные нанолисты создают большие межслоевые пространства и наноканалы, позволяя ионам лития проходить быстрее и эффективнее.

При использовании в равных частях эти два материала способствуют последовательному процессу внедрения ионов лития, при котором ионы сначала попадают в нанолисты, а затем перемещаются в графит. Такое поэтапное внедрение предотвращает образование "мертвого лития", обеспечивая быструю зарядку без потери емкости.

Эксперименты показали, что этот гибридный анод обеспечивает в 4 раза большую емкость, чем обычный графит при высокоскоростной зарядке (4 А/г). Поэтапный процесс вставки обеспечивает более эффективное хранение лития и повышает стабильность циклов.

В ходе испытаний гибридный анод сочетался с высокопроизводительным катодом (NCM811), сохраняя 70% своей первоначальной емкости после более чем 1000 циклов зарядки-разрядки. После сборки в пакетные элементы гибридный анод продемонстрировал стабильную работу в течение 2100 циклов с кулоновской эффективностью 99%, что демонстрирует его потенциал для реальных применений.

Исследователи подчеркивают, что этот простой и масштабируемый процесс изготовления совместим с существующей инфраструктурой производства аккумуляторов. Более того, использование химической универсальности изогнутых нанолистов открывает возможности для разработки натрий-ионных аккумуляторов и других систем хранения энергии.