Сегодня 07 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 🔥
OpenAI продолжает раздражать математиков пренебрежением к правилам публикации решений важных задач 4 ч.
ESU на носу: второй год расширенной поддержки Windows 10 обойдётся предприятиям в два раза дороже 7 ч.
«В Найт-Сити не бывает счастливых концов»: новый тизер Cyberpunk: Edgerunners 2 приготовил фанатов к эмоциональной травме 9 ч.
NetApp представила зеттабайтную платформу храненния Novus для ИИ-фабрик с миллионами GPU 10 ч.
Гоночный экшен Star Wars: Galactic Racer от ветеранов разработки Burnout встретили в Steam «в основном положительными» отзывами 12 ч.
Разработчики боевика Warhammer Survivors в духе Vampire Survivors подтвердили цену и дату выхода игры — новый трейлер и демоверсия в Steam 13 ч.
Nvidia выпустила драйвер с поддержкой Call of Duty: Modern Warfare 4, Star Wars: Galactic Racer и новых игровых оптимизаций 14 ч.
Google обвинили в том, что она годами обдирала 20 млн британцев завышенными комиссиями в «Play Маркете» 14 ч.
За месяц с запуска цифрового рубля россияне открыли 220 000 кошельков — почти вчетверо больше ожиданий 14 ч.
Невиновность ничего не доказывает: новый геймплейный трейлер Warhammer 40,000: Dark Heresy показал, как ведёт следствие Инквизиция 14 ч.
Новая статья: Обзор комплекта памяти TeamGroup T-Create Expert DDR5-6000 CL30 64GB: строгая внешность, гибкий характер 7 ч.
Новая статья: Парето против Альтмана 8 ч.
LogicFolding в сделку не входил: Qualcomm опровергла слухи о лицензировании чиповой технологии Huawei 9 ч.
МТС запустила первую в России инфраструктуру для беспилотных авто — её использует «Яндекс» 11 ч.
Paramount поглотила Warner Bros. за $110 млрд — новая Skydance собрала крупнейшие киностудии, телесети и стриминги 11 ч.
Bull удвоила мощности по производству суперкомпьютерных стоек во Франции 14 ч.
РТК-ЦОД создал Центр сертификации доверенной ИТ-инфраструктуры 14 ч.
РТК-ЦОД создал Центр сертификации доверенной ИТ-инфраструктуры 14 ч.
ИИ разогнал строительство дата-центров в США — расходы взлетели на 73 % до рекордных $85 млрд в год 15 ч.
Google, Meta и Microsoft поддержали обязательство по полной оплате расходов на энергетическую инфраструктуру для ЦОД 15 ч.