Литиевые батареи станут совершенно другими: ученые решили их главную проблему

Корейские исследователи придумали, как предотвращать образование дендритов в литий-металлических аккумуляторах, пишет interestingengineering.com. Таким образом батареи становятся более безопасными, а срок их службы увеличивается.

Тут надо уточнить, что дендриты в батареях – это игольчатые или разветвленные структуры из металлического лития, которые работают на отрицательном электроде (аноде) во время зарядки аккумулятора. Их рост может привести к пробитию разделителя между электродами, а это, в свою очередь, может вызвать короткое замыкание.

Ученым удалось решить давнюю проблему в производстве аккумуляторов – достичь нанооднородности между оксидами металлов, эффективно накапливающими литий, и материалами на основе углерода, которые обеспечивают быстрый поток электронов.

Традиционные методы изготовления аккумуляторов часто не позволяют поддерживать однородность в наномасштабе при производстве литиевых электродов. А отсутствие однородности ослабляет точные структуры, необходимые для эффективного хранения энергии. Еще одна сложность состояла в том, что самосборка, индуцированная испарением (EISA), при которой прекурсоры металлов и полимеры создают мезопористые каркасы по мере высыхания растворителя, является медленным и труднорегулируемым процессом. К тому же, часто приходится использовать во многих процессах опасные, не подлежащие переработке растворители.

Корейские специалисты предложили быстрый метод самосборки (CISA). Вместо медленной сушки растворителя тут используется реакции алкоголятов металлов для организации материалов в течение нескольких секунд. В результате получаются однородные пористые оксиды металлов с хорошо перемешанными 1D и 2D-проводящими наноматериалами для лучшего хранения лития.

В процессе CISA блок-сополимер (PS-b-PEO), растворенный в сильнокислом ацетоне, запускает быстрый гидролиз и конденсацию алкоксидов металлов (к примеру, этоксида ниобия). Эта химическая реакция приводит к образованию мицелл в растворе, которые быстро объединяются в мягкий гель, а затем затвердевают, образуя пористую оксидную структуру. Реакция завершается примерно за пять секунд – это намного быстрее, чем в методах, основанных на испарении.