Сегодня 21 июня 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Учёные нашли путь к безопасным и долговечным литий-металлическим аккумуляторам

Четверть века человечество пользуется благами, расцветшими на внедрении литийионных аккумуляторов. Не зря за их открытие в 2019 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Но нужно идти дальше — к созданию более совершенных аккумуляторов. И тут всё упёрлось в целый комплекс проблем, преодолеть которые может помочь лишь фундаментальная наука. И она в этом помогает.

 Пример роста дендритов в аккумуляторе. Источник изображения: Weizmann

Пример роста дендритов в аккумуляторе. Источник изображения: Weizmann

Один из перспективных путей увеличения ёмкости литийсодержащих аккумуляторов заключается в переходе на аноды из металлического лития. Анод отдаёт ионы в процессе химической реакции при разряде аккумулятора и возвращает их себе в процессе заряда для использования в следующем цикле работы (разряда).

Как неоднократно сообщалось, металлический литий — это крайне химически активное вещество. Использование его в аноде аккумуляторов провоцирует рост дендритов — тонких нитей лития, способных за несколько сотен и даже десятков циклов заряда/разряда дорасти до противоположного электрода и произвести короткое замыкание с последующим возгоранием аккумулятора и опасностью возникновения пожара. Жидкий и обычно горючий электролит в аккумуляторе — необходимый там как проводник ионов — лишь усиливает такую опасность.

Проблему с ростом дендритов отчасти решает переход на твёрдые электролиты. Обычно это смесь керамики и полимера. Оставаясь проводником ионов, твёрдый электролит замедляет и даже останавливает рост игл металлического лития с анода. Задача состоит в подборе наилучшего соотношения керамики и полимера, а также самих материалов, которые бы не ухудшали цикличность аккумуляторов и их рабочие характеристики — ёмкость, плотность запасаемой энергии, скорость заряда и другие.

Сложность с выбором материала для твёрдых электролитов заключается в том, что на границе раздела анода и электролита химические и физические процессы происходят в очень тонком пространстве — шириной от 5 до 50 нм. Между тем, это критически важный участок, который определяет характеристики аккумулятора в целом. Для дальнейшего движения к более совершенным аккумуляторам важно точно понимать, что там происходит. Обычно для изучения химического (атомарного) состава материала учёные используют ядерный магнитный резонанс (ЯМР), но не в этом случае. Чтобы изучить границу раздела методом ЯМР потребовались бы годы измерений, что банально никому невыгодно.

Исследователи из израильского института Вейцмана (Weizmann) на время отставили аккумуляторы в сторону и поставили перед собой фундаментальную задачу — разработать методику для анализа пограничных слоёв аккумуляторных батарей.

«Одна из вещей, которая мне больше всего нравится в этом исследовании, заключается в том, что без глубокого научного понимания фундаментальной физики мы не смогли бы понять, что происходит внутри батареи. Наш процесс был очень типичным для работы здесь, в Институте Вейцмана. Мы начали с чисто научного вопроса, который не имел ничего общего с дендритами, и это привело нас к исследованию с практическими выходом, который смог бы улучшить жизнь каждого», — говорят участники работы.

В конечном итоге учёные усилили отклик материала, объединив ЯМР с динамической поляризацией ядер, когда спины электронов лития приводились в движение под действием радиочастотного поля. Это многократно усилило отклик и позволило буквально за часы, а не годы выявить точный химический состав слоя. Анализ показал, что самым оптимальным соотношением керамики и полимера в твёрдом электролите будет в том случае, если керамика удерживает в смеси 40 %. При этом сохраняются и цикличность аккумулятора и его характеристики. Учёные надеются, что результаты их исследования подтолкнут создание более совершенных литиевых аккумуляторов и это произойдёт достаточно скоро.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Sega случайно раскрыла актуальные продажи последних Persona, Yakuza, Sonic и Total War, а Persona 4 Revival придётся подождать 2 ч.
Для достижения своих целей продвинутые модели ИИ будут хитрить, обманывать и воровать 4 ч.
Microsoft начала масштабное удаление устаревших драйверов из «Центра обновления Windows» 5 ч.
Apple тоже интересовалась покупкой ИИ-стартапа Perplexity 5 ч.
Samsung запустит собственную систему оповещения о землетрясениях с функциями, которых нет у Google 7 ч.
Инвесторы поверили в бывшего топ-менеджера OpenAI: Мурати привлекла $2 млрд без единого продукта 7 ч.
Meta до сделки с Scale AI присматривалась к Perplexity 7 ч.
Новая статья: The Alters — сам себе экипаж. Рецензия 13 ч.
Apple похоронила «убийцу USB» — в macOS 26 Tahoe исчезла поддержка интерфейса FireWire 14 ч.
Душевный шутер Chains of Lukomorye отправит солдата Первой мировой войны в царство славянских сказок спасать потерянную любовь 15 ч.
Межпланетная станция NASA «Психея» поддала газу и ускорилась по направлению к Марсу 32 мин.
Meta выпустит VR-гарнитуру Quest 3S Xbox Edition на следующей неделе 41 мин.
Через 10 лет ИИ-ускорители получат терабайты HBM и будут потреблять 15 кВт — это изменит подход к проектированию, питанию и охлаждению ЦОД 4 ч.
В роботакси Tesla нельзя будет попасть просто с улицы, а страхующий оператор всегда будет сидеть в кресле переднего пассажира 5 ч.
SK Hynix первой предложит память HBM4E и уже заключила контракт с Nvidia и Microsoft 7 ч.
Основатель SoftBank предложил создать в США хаб Crystal Land стоимостью $1 трлн для развития ИИ и роботов 11 ч.
Акции производителей чипов упали из-за антикитайских угроз властей США в адрес TSMC, Samsung и SK Hynix 12 ч.
Розничная цена Core Ultra 7 265KF упала до $230 — процессор уценили на 40 % 13 ч.
ИИ-кластер Huawei CloudMatrix 384 обошёл решения Nvidia в тестах с DeepSeek R1 13 ч.
Госзакупки зарубежных СХД и серверов упали более чем вдвое 14 ч.