Аккумулятор без анода с рекордной плотностью энергии удвоит запас хода электромобилей
В безанодной литий-металлической батарее отсутствует традиционный анод. Ионы лития, находящиеся в катоде, во время зарядки перемещаются и осаждаются прямо на медный токосъёмник. Такой подход освобождает дополнительное внутреннее пространство для хранения энергии. Но есть серьезные недостатки: при неравномерном осаждении лития образуются острые игольчатые структуры — дендриты, которые повышают риск коротких замыканий и угрозу безопасности. Кроме того, многократные циклы зарядки и разрядки могут повреждать поверхность лития, что сокращает срок службы батареи.
Для решения этих проблем исследователи применили комбинированный подход, включающий использование обратимого носителя и специально разработанного электролита. Это направило осаждение лития в контролируемые зоны и стабилизировало поверхность металла, снижая риск образования дендритов.
Обратимый носитель (RH) представляет собой полимерный каркас с равномерно распределёнными наночастицами серебра, которые направляют литий к осаждению в нужных местах. Разработанный электролит (DEL) формирует прочный защитный слой из оксида лития (Li₂O) и нитрида лития (Li₃N), предотвращающий вредный рост дендритов и обеспечивающий стабильный перенос ионов.
Испытания показали хорошие результаты. При плотности тока 2,3 мА·см⁻² и удельной ёмкости 4,6 мА·ч·см⁻² батарея сохранила 81,9% первоначальной ёмкости после 100 циклов, а средняя кулоновская эффективность составила 99,6%. Это позволило достичь рекордной объемной плотности энергии в 1270 Вт·ч/л для безанодных литий-металлических батарей.
Производительность подтвердилась не только на небольших лабораторных элементах, но и на батареях пакетного типа, приближенных к реальным условиям эксплуатации электромобилей. Даже при минимальном количестве электролита и низком давлении в стеке аккумуляторы демонстрировали стабильную работу. Это открывает перспективы для уменьшения веса и объёма батарей, а также снижения производственных затрат.
По словам ученых, их разработка представляет собой серьезный прорыв в технологии аккумуляторов, сочетающий высокую энергоемкость, стабильность и долговечность.