Сегодня 12 октября 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 🔥
Арт-директор Halo покинул студию после 17 лет работы и намекнул на проблемы в команде разработчиков 52 мин.
Один из основателей ИИ-стартапа Thinking Machines переметнулся к Марку Цукербергу 4 ч.
Новая статья: CloverPit — добро пожаловать в яму. Рецензия 12 ч.
Chrome сам будет блокировать уведомления с сайтов, которые пользователь игнорирует 21 ч.
ChatGPT прошёл стресс-тест на политическую предвзятость, но не безупречно 22 ч.
Telegram получил большое обновление: переписки в групповых звонках, комментарии к профилям и другие нововведения 24 ч.
Apple купит технологии компьютерного зрения и специалистов стартапа Prompt AI за «некоторую сумму» 11-10 11:01
На Apple подали в суд за обучение ИИ на пиратских копиях книг 11-10 08:06
Израильский разработчик шпионского ПО Pegasus перейдёт под контроль американских инвесторов 11-10 07:41
Microsoft добавила консольный текстовый редактор Edit в Windows 11 11-10 07:09
В наши дни все высокопроизводительные вычисления связаны с ИИ, как считает глава AMD Лиза Су 4 ч.
Производство чипов в наши дни требует атомарной точности, как утверждает Applied Materials 5 ч.
Обострение между США и Китаем грозит серьёзным ударом по мировой индустрии чипов 6 ч.
Кембриджский университет запустил проект по спасению данных со старых дискет 11 ч.
Акции китайских чипмейкеров взлетели, но инвесторы опасаются перегрева рынка 13 ч.
Представлен складной смартфон Samsung W26 — особенная версия Galaxy Z Fold7 для Китая за $2390–2670 16 ч.
MSI создала видеокарту GeForce RTX 5080 Gaming Trio в стиле Battlefield 6, и отдаст её кому-то бесплатно 20 ч.
Edifier представил беспроводную колонку, которая выглядит как геймерский ПК 20 ч.
Климатическая повестка утонула в клубах чёрного дыма от угольных электростанций на службе ИИ 20 ч.
Google Pixel Watch 4 — самые ремонтопригодные смарт-часы на рынке, по версии iFixit 24 ч.