Сегодня 02 декабря 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 🔥
Календарь релизов 1 – 7 декабря: Metroid Prime 4, Marvel Cosmic Invasion и «Зайчик» 9 ч.
«Так не хочется, чтобы эта игра заканчивалась»: первый тизер последнего дополнения к Atomic Heart заинтриговал и растрогал фанатов 9 ч.
Microsoft признала, что ИИ-агенты небезопасны, но всё равно заполонит ими Windows 11» 10 ч.
Грандиозное возвращение мастера скрытности Стикса откладывается на 2026 год — дата выхода и новый трейлер Styx: Blades of Greed 10 ч.
В первый день зимы биткоин упал ниже $85 000 — пример оказался заразительным 11 ч.
Создатели «Земского собора» по многочисленным просьбам доработали боевую систему и улучшили оптимизацию — подробности крупного обновления 1.1.0 12 ч.
Состоялся релиз Astra Automation 2.0 — новой версии корпоративной платформы автоматизации IT-операций 14 ч.
В России резко вырос спрос на специалистов по общению с нейросетями 15 ч.
«Пожирает всё твоё время на протяжении многих лет»: сооснователь Rockstar спустя пять лет объяснил причину ухода из студии 16 ч.
Возвращение блудного разработчика: бывший режиссёр ремейка Splinter Cell спустя три года вновь возглавил проект, но этого никто не заметил 17 ч.
Власти Индии потребовали от поставщиков смартфонов устанавливать неудаляемое приложение для кибербезопасности 26 мин.
Новая статья: Обзор смартфона IQOO 15: время, вперед 4 ч.
Новая статья: Обзор и тест процессорного кулера PCCooler R400: малыш и его «карлссон» 6 ч.
AMD и Intel символически нарастили долю на рынке видеокарт — Nvidia всё равно держит подавляющие 92 % 6 ч.
TeamGroup предупредила: дефицит DRAM и NAND только начинается — цены будут расти весь 2026 год 6 ч.
В России автомобили Porsche стали массово глохнуть и выдавать ошибки — умельцы уже нашли решение 7 ч.
Настольная ностальгия: Sega выпустила аркадные мини-автоматы с Sonic The Hedgehog 7 ч.
Первый iPhone SE официально признан устаревшим, вместе с рядом других устройств Apple 8 ч.
Техпроцесс TSMC A16 оказался никому не нужен кроме Nvidia — Apple сразу перескочит на 1,4 нм 8 ч.
Дефицит DRAM ударил по Raspberry Pi 5 — одноплатники подорожали, но появилась бюджетная версия с 1 Гбайт 9 ч.