Сегодня 26 июня 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.

Источник:

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

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
«Яндекс» сделал «Алису AI» более человечной — она запоминает пользователей и подстраивается под их стиль общения 6 ч.
Код в мешке: Rockstar снабдила «дисковую» версию GTA VI для PS5 региональными ограничениями 8 ч.
Несколько лет разочарований с Destiny 2 обернулись для Bungie массовыми увольнениями, но разработчики «должны гордиться» собой 9 ч.
ИИ-модель Wildberries вошла в топ-3 русскоязычного бенчмарка MERA 9 ч.
Adobe купила разработчика ИИ для повышения качества изображений и видео Topaz Labs 9 ч.
Ролевой боевик Enshrouded с выживанием в волшебном мире и кооперативом на 16 человек скоро выйдет из раннего доступа — дата релиза и новый трейлер 10 ч.
Московский суд оштрафовал Apple на 500 000 рублей, но дело не в удалении VK 11 ч.
Инженерные профессии оказались наиболее устойчивы в эпоху ИИ 11 ч.
Google продолжает терять ИИ-таланты — ещё двое исследователей ушли в Anthropic 11 ч.
ИИ-агенты скоро станут дороже живых программистов, подсчитали аналитики Gartner 13 ч.
Новая статья: Обзор робота-уборщика Midea VCR V15 MAX ULTRA: не разменивайся на мелочи (но не переплачивай) 4 ч.
Apple явно намекнула, что сегодняшнее повышение цен — это только начало 5 ч.
Xbox Series X и S снова подорожают по всему миру — теперь сразу на $100–150 6 ч.
Планшет Honor MagicPad 4 с большим OLED-экраном и Snapdragon 8 Gen 5 поступил в продажу в России за 100 тыс. рублей 8 ч.
Акции Apple упали более чем на 5 % после резкого повышения цен на MacBook и iPad 8 ч.
Эволюция гольф-кара: выходцы из Apple и Audi создали электрический багги для дорог общего пользования за $25 000 9 ч.
Французский ретейлер подшутил над Steam Machine за €1039, предложив свою Stim Machine c RX 9060 XT чуть дешевле 9 ч.
Leica выпустила 44-Мп полнокадровую камеру SL3-P за $6690 — она займёт нишу между SL3 и SL3-S 9 ч.
«Звёздный разум» заполнит орбиту: SpaceX назвала будущую миллионную группировку ИИ-спутников Starmind 11 ч.
Apple подняла цены на все Mac и iPad на $100–1300 — причина та же, что и у всех 11 ч.