Сегодня 28 марта 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 🔥
Не всё потеряно: студия Nightdive обнадёжила фанатов, заждавшихся новостей о System Shock 3 3 ч.
Разработчики Warhammer 40,000: Space Marine 2 пообещали, что «никто не забрасывает игру» ради Space Marine 3 3 ч.
Mozilla закрыла уязвимость Firefox, аналогичную обнаруженной ранее в Google Chrome 3 ч.
Полицейский экшен The Precinct с элементами первых GTA не заставит долго ждать — дата выхода и геймплейный трейлер 5 ч.
«Думал, не доживу»: первый за восемь лет полноценный трейлер симулятора школы магии Witchbrook очаровал игроков 6 ч.
Сюжетное дополнение к Hogwarts Legacy стало жертвой реструктуризации Warner Bros. Games 7 ч.
Facebook вернул свой 2007-й: запущена лента только с публикациями друзей, без алгоритмического мусора 15 ч.
Microsoft ускорит запуск приложений Office — начнут с Word 18 ч.
Ubisoft откроет с Tencent новую компанию, которая будет владеть Assassin’s Creed, Far Cry и Rainbow Six 18 ч.
WhatsApp теперь можно сделать приложением по умолчанию для звонков и сообщений на iPhone 19 ч.
МТС протестируют прямое подключение обычных смартфонов к спутникам в России 20 мин.
Китайцы готовы обогнать Tesla и Boston Dynamics в наполнении мира человекоподобными роботами 39 мин.
Новый гендиректор Тан пообещал построить «новую Intel» с передовыми техпроцессами и лучшими чипами 3 ч.
Пошлины сработали: объём продаж китайских электромобилей в Европе упал до двухлетнего минимума 3 ч.
Солнечный зонд «Паркер» снова окунулся в солнечную корону и вышел на связь невредимым 3 ч.
5 Экзабайт для ИИ: OpenAI может построить специальный дата-центр для хранения за миллиарды долларов 3 ч.
Hina Battery представила натрий-ионные батареи, которые не боятся холода и заряжаются за 20 минут 3 ч.
Boeing Starliner попытается восстановить репутацию после прошлогоднего провала, снова доставив людей на МКС 3 ч.
Только ИИ, только Stargate: Crusoe окончательно избавилась от криптобизнеса, продав его NYDIG 4 ч.
Представлен бюджетный геймерский смартфон Realme 14 5G с чипом Snapdragon 6 Gen 4 и Mecha-дизайном 4 ч.