Сегодня 02 июня 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 🔥
Первый пострелизный патч для Elden Ring Nightreign упростил жизнь игрокам-одиночкам и увеличил награды 53 мин.
«Базис» и Татарстан создадут импортонезависимую облачную инфраструктуру для госсервисов и бизнеса республики 4 ч.
Надёжный инсайдер: Ubisoft дала зелёный свет The Crew 4 5 ч.
«Базис» и СберТех обеспечат бизнесу удобную и устойчивую инфраструктуру 5 ч.
Java отметила 30-летие — это по-прежнему один из популярнейших языков программирования 5 ч.
«Если будем распыляться, у нас ничего не выйдет»: CD Projekt останется верна большим RPG вроде The Witcher 4 и Cyberpunk 2, несмотря на соблазны 6 ч.
Выручка ИИ-стартапа Anthropic достигла $3 млрд в годовом выражении, но до OpenAI ещё далеко 6 ч.
Разработчик Bulletstorm и Gears of War: E-Day остановил производство двух секретных игр — в People Can Fly пройдут новые увольнения 7 ч.
Грядущая конференция Apple WWDC для разработчиков будет скудна на новости в сфере ИИ 12 ч.
Valorant получит долгожданный просмотр сыгранных матчей и переедет на Unreal Engine 5 до конца 2025 года 17 ч.
YADRO представила на ЦИПР первую отечественную All-NVMe систему хранения данных TATLIN.AFA 53 мин.
Продажи электромобилей Tesla валятся по всей Европе, а Маск расхотел строить предприятие в Индии 2 ч.
Snapdragon 8 Elite захватил майский топ в AnTuTu — лидирует Red Magic 10S Pro+ 2 ч.
YADRO и билайн продемонстрировали на ЦИПР работу отечественной базовой станции 2 ч.
Palit и Lynk+ показали модульную систему жидкостного охлаждения для видеокарт GeForce RTX 5090 3 ч.
«РТК-ЦОД» запустил в Нижнем Новгороде 5-МВт дата-центр на 401 стойку 4 ч.
Минцифры урезало госфинансирование отечественных базовых станций: из 46 млрд рублей осталось только 20 млрд 4 ч.
Вышла плата Banana Pi BPI-R4 Pro для маршрутизаторов с Wi-Fi 7, 2.5/10GbE-портами и пятью слотами M.2 5 ч.
Принадлежащая Alibaba турецкая Trendyol Group построит ЦОД на 48 МВт в Анкаре 5 ч.
С каждым нанометром — дороже: себестоимость 2-нм пластин вырастет на 50 % по сравнению с 3-нм 5 ч.