Специальное покрытие позволит увеличить емкость аккумуляторов в 5-10 раз
Источником питания абсолютного большинства современных ноутбуков, смартфонов и электромобилей являются литий-ионные аккумуляторы. К сожалению, из-за своих физических свойств они не обеспечивают желаемой автономности. В основном проблема связана с тем, что аноды, они же отрицательно заряженные частицы, изготавливаются из графита или других материалов на основе углерода. Эффективность таких аккумуляторов ограничена из-за веса углерода и плотности энергии - количества энергии, которое может храниться в заданном пространстве. Поэтому сейчас исследователи сосредоточены на изучении использования литий-металлических анодов, а ученые из Калифорнийского университета нашли эффективный способ их применения.
Аноды из литий-металла позволяют использовать более продвинутые технологии аккумуляторов, в том числе литий-металлические и литий-воздушные, что потенциально может увеличить емкость в 5-10 раз по сравнению с самыми эффективными литий-ионными батареями. Это означает, электромобили смогут проехать в 5-10 раз большее расстояние, а смартфоны будут работать в столько же раз дольше. Более того, литий-металлические аноды легче и дешевле в производстве.
Проблема с литий-ионными батареями, изготовленными из металла, заключается в том, что во время заряда они неконтролируемо обрастают дендритами, представляющими собой микроскопические волокна, которые выглядят как корни деревьев. Дендриты ухудшают работу батареи и могут быть причиной короткого замыкания, а иногда даже и возгорания.
Команде исследователей из Калифорнийского университета удалось достичь значительного прогресса в решении более чем 40-летней проблемы с дендритами. Они обнаружили, что если покрыть батарею органическим соединением под названием метилвиологен, можно стабилизировать работу батареи, исключить рост дендритов и увеличить срок службы батареи более чем в три раза по сравнению с текущим стандартным электролитом, используемым с литий-металлическими анодами.
"Это потенциально может изменить будущее. Это покрытие имеет низкую стоимость, его легко использовать, и оно совместимо с текущими литий-ионными батареями", - заявил Чао Ванг, адъюнкт-профессор химии Калифорнийского университета.
Исследователи разработали новую стратегию формирования стабильного покрытия для увеличения срока службы литий-металлических анодов. Они использовали метилвиологен, поскольку одной из его способностей является возможность изменять цвет при уменьшении. Молекула метилвиологена может растворяться в электролитах, находящихся в заряженном состоянии. Как только молекулы встречаются с литий-металлическим анодом, то поверх металлического электрода формируется устойчивое покрытие. Если добавлять только 0,5% виологена в электролит, то срок службы аккумулятора может быть увеличен в три раза. Кроме того, метилвиологен имеет очень низкую стоимость.
Чао Ванг предупредил, что хотя разработанное покрытие и улучшает характеристики батареи, оно не способно предотвратить их от возгорания.
