Чтобы электрические самолеты и электромобили могли путешествовать на большие расстояния между зарядами, понадобятся батареи, которые накапливают гораздо больше энергии, не увеличивая вес. Специалисты из Германии представили новую литий-металлическую батарею с плотностью, значительно превышающей эталонный показатель 500 Втч / кг, и способностью сохранять свою производительность в течение сотен циклов.
Сегодняшние литий-ионные батареи прекрасно справляются с задачей поддержания энергии, от электромобилей до смартфонов и портативных компьютеров, но ученые видят большой потенциал, который можно раскрыть с помощью изменений в их архитектуре. Одна из наиболее многообещающих возможностей - замена графита, используемого в одном из электродов батареи, на чистый металлический литий, материал, который может удерживать в 10 раз больше энергии.
По этой причине исследователи аккумуляторов провозглашают металлический литий «материалом мечты» который может помочь нам преодолеть узкое место в хранении энергии.
Среди множества исследовательских групп, работающих над решением этой проблемы, есть команда из Технологического института Карлсруэ и Института Гельмгольца в Ульме (HIU), которые разработали новый дизайн. Исследователи начали с того, что описывается как слоистый катод с низким содержанием кобальта и никеля (NCM88) и коммерчески доступный органический электролит под названием LP30. В то время как катод достиг высокой плотности энергии, вскоре возникла нестабильность, и емкость аккумулятора уменьшилась по мере того, как батарея была перезагружена.
«В электролите LP30 частицы трескаются на катоде, - объясняет профессор Стефано Пассерини, директор HIU. - Внутри этих трещин электролит реагирует и повреждает структуру. Кроме того, на аноде образуется толстый покрытый мхом слой, содержащий литий».
Таким образом, команда заменила электролит LP30 на альтернативный, который привел к значительному увеличению производительности. Описанный как нелетучий, трудновоспламеняющийся, двуханионный ионный жидкий электролит (ILE), этот ингредиент в значительной степени предотвращает структурные дефекты на катоде и спасает батарею от фатальных электрохимических реакций.
«С помощью ILE структурные модификации катода, богатого никелем, могут быть значительно уменьшены», - говорит д-р Гук-Тэ Ким.
Полученные результаты называют «замечательными». Литий-металлический аккумулятор с такой архитектурой имел плотность энергии 560 Втч / кг. Для контекста существуют исследовательские консорциумы, посвященные преодолению порогового значения плотности 500 Втч / кг для обеспечения электропитания электромобилей следующего поколения, в то время как лучшие в своем классе литий-ионные батареи сегодня имеют плотность энергии от 250 до 300 Втч / кг.
