Створено акумулятор з особливою конструкцією: витримає 6000 циклів і зарядиться за 10 хвилин

Дослідники з Гарвардської школи інженерних і прикладних наук ім. Полсона розробили літій-металеву батарею. Полсона розробили літій-металеву батарею, яка може заряджатися і розряджатися щонайменше 6000 разів, що свідчить про тривалість терміну її служби, передає Nature Materials. Цей акумулятор можна перезарядити всього за кілька хвилин, стверджують учені.

Серйозною проблемою літій-металевих батарей є зростання дендритів на поверхні анода. Подібно до коріння, ці структури проникають в електроліт і порушують бар'єр між анодом і катодом, створюючи ризик короткого замикання і загоряння. Дендрити утворюються в процесі зарядки, коли іони літію переміщуються від катода до анода і в результаті формується гальванічне покриття. Це покриття є опорою для майбутніх дендритів.

У 2021 році дослідники запропонували рішення проблем, пов'язаних із дендритами, створивши багатошарову батарею з різних матеріалів і стримуючи зростання дендритів. Згодом був знайдений спосіб запобігання утворенню дендритів, шляхом додавання в анод частинки кремнію мікронного розміру. Ці частинки обмежують реакцію літіювання під час зарядки, забезпечуючи рівномірне і товсте покриття металевого літію. На відміну від традиційних рідких літій-іонних батарей, у яких іони літію глибоко проникають у частинки кремнію і пошкоджують їх, поверхня кремнію твердотільної батареї стримує реакцію літіювання.

У літій-металевих акумуляторах іони піддаються динамічному літуванню на поверхні кремнію, утворюючи металеве літієве покриття навколо кремнієвого ядра, що дає змогу контролювати ріст дендритів. "У нашій конструкції металевий літій обгорнутий навколо частинок кремнію, як шкаралупа навколо ядра горіха", — пояснили розробники.

Ці частинки з покриттям утворюють однорідну поверхню, забезпечуючи рівномірний розподіл щільності струму і запобігаючи зростанню дендритів. Гомогенна поверхня полегшує швидке нанесення покриття і зачищення, даючи змогу перезарядити акумулятор за 10 хвилин.

Дослідники розробили акумуляторну батарею розміром з поштову марку, що перевершує типові батарейки в 10-20 разів. Після 6000 циклів заряду/розряду батарея зберегла 80-відсоткову ємність, перевершивши аналоги. Пізніше батарейку масштабували до розмірів акумулятора смартфона.

"Попередні дослідження показали, що різні матеріали, зокрема срібло, можуть слугувати хорошою основою для анода твердотільних батарей. Наше дослідження пояснює можливий механізм застосування цих матеріалів, і відкриває шлях до пошуку та впровадження нових речовин для конструкції батарей нового типу", — підкреслили дослідники.

Раніше ми писали про те, що дешева водна батарея замінить літій-іонні акумулятори. Інноваційна технологія гарантує безпечне перетворення газоподібного водню у воду, підвищуючи тим самим безпеку акумуляторів нового типу.