Сегодня 18 сентября 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 🔥
OpenAI остаётся только завидовать — обучение китайской модели ИИ DeepSeek R1 обошлось всего в $294 тыс. 4 мин.
С каждым годом переносить эксклюзивы PlayStation на ПК для Sony становится всё выгоднее 2 ч.
Градостроительная стратегия Frostpunk 2 вышла на консолях, а версия для ПК получила полную поддержку геймпадов 2 ч.
Split Fiction стала первой в истории игрой, удостоившейся престижной премии «Выдающийся шведский дизайн» — награду вручил принц Швеции 2 ч.
Энтузиасты докопались до причин лагов и статтеров на ноутбуках Asus ROG — виноваты ошибки в BIOS 3 ч.
Китай прекратил антимонопольное расследование по Google, чтобы бросить все силы против Nvidia 4 ч.
Microsoft обновила «Блокнот», «Ножницы» и Paint в Windows 11 на компьютерах Copilot+ PC 4 ч.
Ставленники Маска создали в xAI «душную» атмосферу — это подрывает боевой дух разработчиков 6 ч.
Valve объявила, когда Steam лишится поддержки 32-разрядной Windows 10 6 ч.
Meta представила редактор виртуальных миров Horizon Studio — метавселенная ускорится и похорошеет 6 ч.
Corsair представила ультралёгкую игровую мышь весом 36 граммов с автономностью до 70 часов 6 мин.
Акции Intel взлетели на новости об инвестициях Nvidia 8 мин.
Intel и Nvidia объявили о подготовке нескольких поколений x86-процессоров с графикой Nvidia для ПК и ЦОД 25 мин.
Oracle добавит ИИ-сервисы в облако UK Sovereign Cloud в рамках инвестиционного плана на $5 млрд 40 мин.
Стартап Carbon3.ai намерен развернуть в Великобритании экологичную суверенную ИИ-инфраструктуру 2 ч.
Intel разработает для NVIDIA кастомные CPU для серверов и ПК, а NVIDIA вложит в Intel $5 млрд 3 ч.
DJI столкнулась с бойкотом со стороны американских чиновников — рынок США закрывается для компании 3 ч.
Hayabusa2 может не суметь взять пробы с астероида 1998 KY26: учёные обсчитались с размерами тела 4 ч.
Giga Computing представила флагманский ИИ-сервер на базе NVIDIA HGX B300 4 ч.
Logitech представила игровую мышь G Pro X2 Superstrike с индуктивными кнопками и обратной связью 4 ч.