Сегодня 27 октября 2026
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.

Было интересно? Скажите об этом Google, чтобы чаще получать ссылки на наши новости про окружающая среда

Источник:

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

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Google представила Genie 4: ИИ-модель создаёт интерактивные виртуальные миры, которые теперь живут до двух минут 29 мин.
Intel поглощает стартап Classiq, разрабатывающий софт для квантовых компьютеров 35 мин.
Call of Duty: Modern Warfare 4 помогла франшизе достичь 40 миллиардов долларов выручки, но до покемонов всё ещё далеко 42 мин.
Assassin’s Creed Black Flag Resynced получила последнее крупное обновление — с «Новой игрой +», старыми добиваниями и «кошмарной» сложностью 2 ч.
Apple внедрила ИИ в свои аналоги Word и Excel 3 ч.
Разработчики Kingdom Come: Deliverance и RPG по «Властелину колец» стали жертвой кибератаки — официальное заявление Warhorse Studios 4 ч.
«Атмосфера присутствует, но на этом всё»: лавкрафтианский хоррор Stygian: Outer Gods покинул ранний доступ и утонул в критике игроков 4 ч.
K2 Cloud запустил аттестованный контур для подключения к государственным информационным системам 4 ч.
IBM признала, что мейнфреймы стали слишком сложны и нуждаются в модернизации — поможет ИИ 5 ч.
Apple выпустила iOS 27.2 для всех совместимых iPhone 6 ч.
TSMC может поднять цены на упаковку ИИ-чипов на 20 % — спрос опережает производство 2 ч.
Intel поглотила разработчика «Windows для квантовых ПК» — теперь у неё будет всё для создания квантовых компьютеров 3 ч.
Подмена GPS и охота за серверами: преступники стали угонять грузы для дата-центров на миллионы долларов 3 ч.
Alexium предлагает превратить стены ЦОД в тепловой буфер 3 ч.
Xiaomi представила смартфон Redmi K100 с батареей на 10 000 мА·ч и чипом Snapdragon 8 Elite 4 ч.
Apple обновила базовый MacBook Pro — теперь в нём процессор M6, а цена осталась прежней 4 ч.
Apple представила обновлённый iMac на чипе M6 — c Wi-Fi 7, новой Siri и поддержкой Apple Intelligence 4 ч.
Meta собралась привлечь $95 млрд на развитие ИИ-проектов и «суперинтеллекта» 5 ч.
Generative Bionics намерена построить в Италии ЦОД для обучения своих человекоподобных роботов 5 ч.
iPhone 18 Pro и Pro Max оказались чуть-чуть популярнее предшественников на старте продаж — стараниями Китая 6 ч.