Особливий "перемикач" подовжує термін служби літієвої батареї на 20 000 циклів

Науковці з Циндаоського інституту біоенергетики та біотехнологій (QIBEBT) у Китаї розробили модифікацію катода для повністю твердотільних літієвих батарей (ASLB), значно поліпшивши їхню щільність енергії та термін служби. Про це пише Nature Energy.

Дослідження прокладає шлях до наступного покоління високопродуктивних батарей. Нову технологію можна застосувати до різних типів акумуляторів, які стикаються з проблемами, пов'язаними з гетерогенними катодами, наприклад, до літій-іонних, літій-сірчаних, натрій-іонних батарей і паливних елементів.

Катоди в ASLB виготовляються з гетерогенних композитів, що містять безліч добавок. Ці добавки електрохімічно неактивні, але відіграють важливу роль у поліпшенні провідності катода. Проблема в тому, що вони несумісні з шаруватими оксидними катодами, які розширюються і стискаються в процесі експлуатації. Дослідники з QIBEBT знайшли рішення в стратегії катодної гомогенізації з використанням матеріалу з нульовою деформацією — LTG0.25PSSe0.2.

Матеріал має змішану іонну та електронну провідність, що забезпечує ефективне перенесення заряду на етапах заряджання та розряджання без спеціальних добавок до катода. Стратегія катодної гомогенізації кидає виклик традиційній конструкції гетерогенних катодів. Усуваючи необхідність у неактивних добавках, вчені підвищили щільність енергії та подовжили термін служби батареї.

Щоб продемонструвати, що цей матеріал покращує характеристики ASLB, дослідники випробували акумулятори, виготовлені з використанням гомогенного катода. Під час тестів вони виявили, що вдосконалені батареї мають питому ємність 250 мАг на грам, що відрізняється від 100-200 мАг на грам, які спостерігаються в стандартних літій-іонних акумуляторах.

На рівні елемента гомогенний катод забезпечує високу щільність енергії — 390 Втч на кг порівняно з 200-300 Втч на кг звичайних літій-іонних батарей. Крім чудових потужностей, зміна об'єму катода склала всього 1,2% за 20 000 циклів роботи в умовах кімнатної температури.

Раніше ми писали, що нанотрубки з карбону збережуть втричі більше енергії, ніж літієві батареї. Фізики провели експерименти і виявили, що вуглецеві нанотрубки стабільно утримують заряд при температурах -60 до +100 градусів Цельсія. Вони вже працюють над прототипом.