Особый "переключатель" продлевает срок службы литиевой батареи на 20 000 циклов

Ученые из Циндаоского института биоэнергетики и биотехнологий (QIBEBT) в Китае разработали модификацию катода для полностью твердотельных литиевых батарей (ASLB), значительно улучшив их плотность энергии и срок службы. Об этом пишет Nature Energy.

Исследование прокладывает путь к следующему поколению высокопроизводительных батарей. Новую технологию можно применить к разным типам аккумуляторов, которые сталкиваются с проблемами, связанными с гетерогенными катодами, например, к литий-ионным, литий-серным, натрий-ионным батареям и топливным элементам.

Катоды в ASLB изготавливаются из гетерогенных композитов, содержащих множество добавок. Эти добавки электрохимически неактивны, но играют важную роль в улучшении проводимости катода. Проблема в том, что они несовместимы со слоистыми оксидными катодами, которые расширяются и сжимаются в процессе эксплуатации. Исследователи из QIBEBT нашли решение в стратегии катодной гомогенизации с использованием материала с нулевой деформацией — LTG0.25PSSe0.2.

Материал имеет смешанную ионную и электронную проводимость, что обеспечивает эффективный перенос заряда на этапах зарядки и разрядки без специальных добавок к катоду. Стратегия катодной гомогенизации бросает вызов традиционной конструкции гетерогенных катодов. Устраняя необходимость в неактивных добавках, ученые повысили плотность энергии и продлили срок службы батареи.

Чтобы продемонстрировать, что этот материал улучшает характеристики ASLB, исследователи испытали аккумуляторы, изготовленные с использованием гомогенного катода. В ходе тестов они обнаружили, что усовершенствованные батареи имеют удельную емкость 250 мАч на грамм, что отличается от 100–200 мАч на грамм, наблюдаемых в стандартных литий-ионных аккумуляторах.

На уровне элемента гомогенный катод обеспечивает высокую плотность энергии — 390 Втч на кг по сравнению с 200–300 Втч на кг обычных литий-ионных батарей. Помимо превосходных мощностей, изменение объема катода составило всего 1,2% за 20 000 циклов работы в условиях комнатной температуры.

Ранее мы писали, что нанотрубки из карбона сохранят втрое больше энергии, чем литиевые батареи. Физики провели эксперименты и обнаружили, что углеродные нанотрубки стабильно удерживают заряд при температурах -60 до +100 градусов Цельсия. Они уже работают над прототипом.