Це прорив: термін служби акумуляторів вдалося збільшити в 7 разів

Вчені з Інституту науки і технологій Тегу Кенбук (DGIST, Південна Корея), розробили метод значного підвищення стабільності надтонких літій-металевих анодів. Вони вирішили давні проблеми терміну служби і безпеки, які перешкоджали широкому впровадженню літій-металевих батарей.

Про це повідомляє ЗМІ interestingengineering.com.

Дослідники досягли прориву, впровадивши нову електролітну добавку, трифторметансульфонат срібла (AgCF₃SO₃ або AgTFMS), яка сприяє одночасному утворенню срібла (Ag) і фториду літію (LiF) на поверхні літій-металевого анода. Цей двошаровий захист ефективно пригнічує утворення літієвих дендритів, які являють собою мікроскопічні пальцеподібні структури.

Під час циклів заряду-розряду літій має тенденцію до зростання в дендритних формах, спричиняючи короткі замикання і тепловий розгін, що призводить до проблем з терміном служби і безпекою. Але вчені змогли придушити ріст дендритів і пом'якшити виснаження електроліту, викликане повторюваною деградацією і перебудовою твердоелектролітної інтерфази (SEI).

"Сформувавши високопродуктивний SEI за допомогою простого підходу, ми розробили технологію, яка збільшує як термін служби, так і ефективність літієвих батарей", — пояснили дослідники.

Літій-металеві аноди демонструють вражаючу ємність зберігання енергії, що більш ніж у 10 разів перевищує можливості звичайних графітових анодів, що робить їх вельми затребуваними для живлення майбутніх технологій, таких як електромобілі та передові електронні пристрої. Однак їхня властива нестабільність, особливо в надтонких форматах, що мають вирішальне значення для комерційної життєздатності, була серйозною перешкодою.

Використання надтонкого літієвого металу товщиною менше ніж 50 мкм має вирішальне значення для комерціалізації літій-металевих батарей, але проблеми зі стабільністю погіршуються в міру зменшення товщини. Група зосередилася конкретно на стабілізації анодів завтовшки всього 20 мкм, де проблеми нестабільності зазвичай посилюються. Завдяки ретельному аналізу поверхні вчені підтвердили, що добавка AgTFMS дала змогу одночасно створити міцний захисний шар, що складається як з механічно міцного LiF, так і зі срібла, що сприяє рівномірному осадженню літію під час зарядки. Вони успішно підвищили стабільність надтонких (20 мкм) літій-металевих анодів і експериментально підтвердили, що утворення дендритів може бути ефективно придушене, а термін служби батареї може бути збільшений більш ніж у 7 разів порівняно зі звичайною системою.

На додаток до експериментальної роботи команда з Пусанського національного університету використовувала обчислювальну хімію для аналізу енергії взаємодії між літієм і сріблом. Вона виявила базовий механізм, за допомогою якого срібло сприяє більш рівномірному осадженню літію, що додатково підтвердило ефективність добавки AgTFMS.