Сегодня 23 мая 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 🔥
Новый поиск Google оказался капризным: из-за ИИ запросы «стой» и «игнорируй» ломают выдачу 2 ч.
Глава DeepMind спрогнозировал появление сильного искусственного интеллекта (AGI) к 2030 году 7 ч.
Новая статья: INDUSTRIA 2 — черновая отделка. Рецензия 12 ч.
«Горькое разочарование»: амбициозная пошаговая тактика Warhammer 40,000: Mechanicus 2 стартовала в Steam со «смешанными» отзывами 14 ч.
Ролевой шутер Witchfire от экс-разработчиков Painkiller и Bulletstorm скоро получит перевод на русский — подробности The Revelations Update 16 ч.
«Болотный лагерь выглядит великолепно»: 20 минут нового геймплея ремейка «Готики» впечатлили фанатов оригинальной игры 17 ч.
Cisco выяснила, почему безупречные на первый взгляд отчёты ИИ о киберинцидентах нельзя принимать на веру 17 ч.
Заряженное ностальгией и ужасами приключение Midnight Souls отправит искать любовь и бороться со стариками 18 ч.
Google назвала лучшие ИИ-модели для разработки Android-приложений — Gemini проиграл GPT 19 ч.
Сегодня исполнилось 16 лет первой покупке за биткоины — две пиццы теперь стоили бы $770 млн 21 ч.
Cолнечная и ветровая энергетика впервые обогнали газовые электростанции по выработке электричества 2 ч.
Blue Origin возобновляет запуски многоразовой ракеты New Glenn — расследование аварии завершено 2 ч.
Власти США назвали пошлины на полупроводники действенным стимулом к локализации производства чипов 8 ч.
Anthropic на следующей неделе завершит привлечение $30 млрд, подняв капитализацию за пределы $900 млрд и обойдя OpenAI 8 ч.
Google обжаловала решение суда о «покупке» своему поиску места на iPhone 11 ч.
Tesla Cybercab оказался самым экономичным электромобилем в США, опередив соперников почти на треть 13 ч.
Китайские контрактные производители чипов начали поднимать цены на услуги, чтобы урвать свой кусок ИИ-пирога 13 ч.
Huawei придумала, как выпускать SSD на 122 Тбайт без передовой флеш-памяти 15 ч.
Huawei выпустила 122-Тбайт SSD с фирменной технологией DoB 16 ч.
Tesla отзывает тысячи электромобилей Model Y из-за вероятного отсутствия одной наклейки 17 ч.