Ультратонкие литиевые электроды наделяют аккумуляторы рекордными показателями

Одна из перспективных технологий батарей, позволяющая добиться высокой плотности энергии, предполагает использование в аноде вместо графита чистого металлического лития. Значительного прогресса в этом направлении достигли американские исследователи из Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории. Их новая разработка — источник питания с литий-металлический анодом оригинальной конструкции — выдерживает рекордное число циклов перезарядки.

Предыдущие образцы аккумуляторов, изготавливаемых по аналогичной технологии, не могли похвастаться долговечностью. Одна из причин их быстрого выхода из строя — сложные реакции, протекающие около анода и негативно влияющие на промежуточную фазу твердого электролита. Эта тонкая пленка, образующаяся на границе между отрицательным электродом и электролитом, имеет определяющее значение в процессе перемещения молекул между компонентами химического элемента.

Ранее проблему пытались решить, путем увеличения количества лития в аноде. А американские исследователи применили противоположный подход. Они взяли в качестве основы для электрода полоски лития шириной 20 мкм, что 3–5 раз меньше, чем толщина человеческого волоса. Используя такой анод, ученые собрали аккумулятор, обладающий плотностью энергии 350 Вт•ч/кг. Для сравнения, у лучших из выпускающихся сейчас литий-ионных батарей этот показатель не превышает 300 Вт•ч/кг.

Новый элемент питания сохраняет емкость на уровне 76% от первоначальной после 600 перезарядок. Это выдающийся результат, с учетом того, что аккумулятор с литий-металлическим анодом, созданный теми же учеными 4 года назад, выдерживал только 50 циклов, а разработанный в позапрошлом году — 200.

Достигнутый успех исследователи объясняют тем, что анод из тонких полосок лучше взаимодействует с электролитом, не допуская подавления важных электрохимических реакций.

Продолжить совершенствование технологии ученые намерены в составе консорциума нескольких институтов Battery500. Его главная цель — создание аккумулятора с плотностью энергии 500 Вт•ч/кг.

Как отмечает соавтор исследования Стэнли Уиттингем, консорциум добился большого прогресса, но нужно сделать еще многое. В частности, остаются актуальными вопросы безопасности литий-металлических батарей. В настоящее время команда Battery500 уже работает над решением связанных с этим проблем.

Источник: pnnl.gov