Сегодня 01 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 🔥
Разработчики Subnautica 2 раскрыли системные требования перед погружением в ранний доступ и пообещали оптимизировать игру 2 ч.
Это другое: Пентагон не перестал считать Anthropic неблагонадёжной — но не отказался от передовой ИИ-модели Mythos 3 ч.
Epic Games вернула Fortnite на iPhone ещё в одной стране — Mac остались в стороне 4 ч.
Cloudflare перестала маркировать мессенджер Max как шпионское ПО 4 ч.
Windows 11 получила крупное обновление для повышения стабильности — первый шаг к возвращению «доверия пользователей» 4 ч.
Олдскульный шутер Gravelord в духе Duke Nukem вырвется с кладбища раннего доступа Steam совсем скоро — новый трейлер и дата выхода 5 ч.
Microsoft показала ИИ-агента для работы с юридическими документами в Word 7 ч.
Microsoft разрешила удалять любые предустановленные приложения в Windows 11 7 ч.
Инструмент анализа данных на Python на полдня стал вредоносным — он крал ключи и токены 7 ч.
Оригинальную The Outer Worlds снимут с продажи ради проблемного ремастера, но есть и хорошая новость 9 ч.
Китайские учёные создали воздушно-железный проточный аккумулятор, который проработает 16 лет без деградации 21 мин.
Virgin Galactic показала строящийся космический корабль для туристов — запуск планируют на конец 2026 года 26 мин.
Xiaomi готовит Smart Band 10 Pro с крупным дисплеем и керамическим корпусом 4 ч.
Что-то на богатом: Microsoft назвала оптимальный объём оперативки для игрового ПК с Windows 11 4 ч.
Полный потенциал DualSense на ПК раскрылся с помощью кустарного адаптера из Raspberry Pi Pico 5 ч.
Пентагон выбрал семёрку поставщиков ИИ-технологий для своих секретных сетей 5 ч.
Траты SpaceX на разработку Starship перевалили за $15 млрд 5 ч.
Intel раскрыла техпроцесс 18A-P: быстрее, экономичнее и с улучшенным теплоотводом 6 ч.
Blue Origin намерена потеснить SpaceX — в планах запускать по 100 тяжёлых ракет New Glenn в год 7 ч.
Процессоры Hygon C86-4G, китайские наследники AMD Zen1, получили поддержку AVX-512, DDR5 и PCIe 5.0 7 ч.