Команда исследователей WSU разработала «материал мечты» новую конструкцию литиевой батареи

новая конструкция литиевой батареи

Ученые полагают, что они могут значительно улучшить характеристики современных литий-ионных аккумуляторов, введя металлический литий для использования в качестве анодного компонента.

Описанные исследователями из Университета штата Вашингтон (WSU) как «материал мечты», он заменит существующие анодные материалы, чтобы дать литиевым батареям огромный импульс, но безопасная интеграция их в устройства оказалась проблематичной. Те же самые ученые теперь придумали способ преодолеть это препятствие с новым дизайном, который включает защитный слой вокруг материала, чтобы предотвратить его воспламенение.

Когда литий-ионный аккумулятор заряжается и разряжается, ионы лития перемещаются взад и вперед между двумя электродами, катодом и анодом. Современные аноды сделаны из смеси графита и меди, но ученые видят много возможностей для улучшения. Чистый металлический литий обеспечивает самую высокую плотность энергии среди твердых материалов и если бы он использовался в качестве анода, он мог бы использоваться для литиевых батарей, которые работают в два раза дольше и содержат гораздо больше энергии.

новая конструкция литиевой батареи

«Если мы сможем напрямую использовать металлический литий, мы сможем значительно улучшить плотность энергии батарей», — говорит Сонг.

Усилия по интеграции металлического лития в литий-ионные аккумуляторы до сих пор страдают от проблем безопасности. Поскольку ионы лития передаются взад и вперед между катодом и анодом из металлического лития, они вызывают образование так называемых дендритов на поверхности материала. Эти похожие на щупальца выступы затем вызывают электрические шорты и возгорания, а в случае отказа они в любом случае быстро разряжают батареи.

СТАРТАП ENEVATE НАМЕРЕН ВЫВЕСТИ НА РЫНОК АККУМУЛЯТОРЫ СВЕРХБЫСТРОЙ ЗАРЯДКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОКАРОВ

Сонг руководит группой ученых по разработке литий-ионного аккумулятора нового типа, который решит эти проблемы. Катод сделан из пористой углеродной структуры, заполненной химическим веществом, называемым дисульфидом селена, в то время как они добавили пару добавок к раствору электролита, который является средой, через которую ионы лития перемещаются взад и вперед между катодом и анодом.

Эта группа материалов, как выяснили ученые, привела к самообразованию защитного слоя на поверхности анода из металлического лития. Этот слой оказался плотным чтобы обеспечить хорошую стабильность зарядки, избегая при этом образования опасных дендритов. При тестировании команда говорит, что устройство можно было перезаряжать 500 раз, сохраняя высокую эффективность.

«Такой уникальный защитный слой привел к небольшим морфологическим изменениям литиевого анода по сравнению с циклом и эффективно смягчил рост литиевых дендритов и нежелательные побочные реакции», — говорит Сонг.

СЕКРЕТ УСПЕХА TESLA — ЭТО ДЕШЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Еще один способ над которым ученые работают, введение в батареи чистых литий-металлических анодов, заключается в использовании твердых электролитов, а не жидких. Известные как твердотельные аккумуляторы, в последнее время они продемонстрировали захватывающий потенциал, благодаря устройствам из MIT и австралийского университета Дикин. Но подход команды WSU может иметь реальные преимущества перед этими твердотельными конструкциями.

источник: news.wsu.edu