Літієві батареї стануть зовсім іншими: вчені вирішили їхню головну проблему

Корейські дослідники придумали, як запобігати утворенню дендритів у літій-металевих акумуляторах, пише interestingengineering.com. Таким чином батареї стають безпечнішими, а термін їхньої служби збільшується.

Тут треба уточнити, що дендрити в батареях — це голчасті або розгалужені структури з металевого літію, які працюють на негативному електроді (аноді) під час заряджання акумулятора. Їхнє зростання може призвести до пробиття роздільника між електродами, а це, своєю чергою, може викликати коротке замикання.

Вченим вдалося розв'язати давню проблему у виробництві акумуляторів — досягти нанооднорідності між оксидами металів, що ефективно накопичують літій, і матеріалами на основі вуглецю, які забезпечують швидкий потік електронів.

Традиційні методи виготовлення акумуляторів часто не дають змоги підтримувати однорідність у наномасштабі під час виробництва літієвих електродів. А відсутність однорідності послаблює точні структури, необхідні для ефективного зберігання енергії. Ще одна складність полягала в тому, що самозбірка, індукована випаровуванням (EISA), за якої прекурсори металів і полімери створюють мезопористі каркаси в міру висихання розчинника, є повільним і важко регульованим процесом. До того ж, часто доводиться використовувати в багатьох процесах небезпечні розчинники, що не підлягають переробці.

Корейські фахівці запропонували швидкий метод самозбірки (CISA). Замість повільного сушіння розчинника тут використовують реакції алкоголятів металів для організації матеріалів протягом декількох секунд. У результаті виходять однорідні пористі оксиди металів з добре перемішаними 1D і 2D-провідними наноматеріалами для кращого зберігання літію.

У процесі CISA блок-сополімер (PS-b-PEO), розчинений у сильнокислому ацетоні, запускає швидкий гідроліз і конденсацію алкоксидів металів (наприклад, етоксиду ніобію). Ця хімічна реакція призводить до утворення міцел у розчині, які швидко об'єднуються в м'який гель, а потім тверднуть, утворюючи пористу оксидну структуру. Реакція завершується приблизно за п'ять секунд — це набагато швидше, ніж у методах, заснованих на випаровуванні.

Раніше повідомлялося, що над'ємні батареї можуть працювати на простому повітрі. Ключем до прориву стало впровадження унікального матеріалу — графенової "мезогубки".