Сегодня 22 октября 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 🔥
«Жидкое стекло» Apple можно будет заматировать: представлена нова бета iOS 26.1 12 мин.
Сервисы AWS упали второй раз за день — тысячи сайтов по всему миру снова недоступны 8 ч.
Fujitsu влила £280 млн в британское подразделение в преддверии выплат компенсаций жертвам багов в её ПО Horizon 8 ч.
Календарь релизов 20 – 26 октября: Ninja Gaiden 4, Painkiller, Dispatch и VTM – Bloodlines 2 8 ч.
В Windows сломалась аутентификация по смарт-картам после октябрьских обновлений — у Microsoft есть временное решение 9 ч.
Вместо Majesty 3: российские разработчики выпустили в Steam амбициозную фэнтезийную стратегию Lessaria: Fantasy Kingdom Sim 9 ч.
Слухи: Лана Дель Рей исполнит заглавную песню для «Джеймса Бонда», но не в кино, а в игре от создателей Hitman 10 ч.
Зов сердца: разработчики Dead Cells объяснили, почему вместо Dead Cells 2 выпустили Windblown 11 ч.
Adobe запустила фабрику ИИ-моделей, заточенных под конкретный бизнес 11 ч.
Китай обвинил США в кибератаках на Национальный центр службы времени — это угроза сетям связи, финансовым системам и не только 12 ч.
Президент США подписал соглашение с Австралией на поставку критически важных минералов на сумму $8,5 млрд 18 мин.
Новая статья: Обзор смартфона realme 15 Pro: светит, но не греется 5 ч.
Ещё одна альтернатива платформам NVIDIA — IBM объединила усилия с Groq 5 ч.
Учёные создали кибер-глаз, частично возвращающий зрение слепым людям 6 ч.
Samsung выпустила недорогой 27-дюймовый геймерский монитор Odyssey OLED G50SF c QD-OLED, 1440p и 180 Гц 6 ч.
Акции Apple обновили исторический максимум на новостях об отличных продажах iPhone 17 8 ч.
Представлен флагман iQOO 15 с чипом Snapdragon 8 Elite Gen 5 и батареей на 7000 мА·ч по цене меньше $600 9 ч.
Нечто из космоса врезалось в лобовое стекло самолёта Boeing 737 MAX компании United Airlines 10 ч.
Умные кольца Oura научатся выявлять признаки гипертонии, как последние Apple Watch 11 ч.
Дешёвая корейская термопаста оказалась вредна для процессоров и здоровья пользователей 11 ч.