MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Современные литийионные аккумуляторы с графитовыми анодами постепенно приближаются к пределу своих возможностей, поэтому исследователи ищут способы значительно увеличить количество энергии, запасаемой при той же массе батареи. Группе китайских учёных удалось создать литий-металлические аккумуляторы пакетной компоновки с удельной энергией более 600 Вт·ч/кг.
Источник изображения: Unsplash, Roberto Sorin
Результаты работы опубликованы в научном журнале Nature Communications. Как отмечает CarNewsChina, массово выпускаемые литийионные аккумуляторы с графитовыми анодами уже приближаются к своему теоретическому пределу удельной энергии, составляющему около 350 Вт·ч/кг. Для электромобилей дальнейшее увеличение этого показателя тоже важно, но особенно остро потребность в более лёгких и ёмких источниках энергии ощущается в авиации.
Одним из перспективных решений считаются литий-металлические аккумуляторы, в которых вместо традиционного графитового анода используется металлический литий. Однако практическому применению этой технологии пока мешает необходимость одновременно обеспечить высокую удельную энергию, достаточный ресурс и безопасность. В частности, такие ячейки подвержены ускоренному разложению электролита и образованию литиевых дендритов, особенно при работе с высокими напряжениями.
Китайские исследователи предложили бороться с этими проблемами при помощи защитных слоёв, формирующихся на поверхности электродов. Тонкоплёночное покрытие катода защищает его от повреждений при высоком напряжении, а защитный слой на металлическом литиевом аноде способствует более равномерному переносу ионов лития и подавляет образование дендритов, снижая связанные с ними риски. Необходимые для формирования защитных слоёв вещества добавляются непосредственно в электролит при изготовлении ячейки.
Созданные исследователями прототипы аккумуляторов пакетной компоновки ёмкостью 10 А·ч с трёхкомпонентными катодами (NMC) с высоким содержанием никеля достигли удельной энергии 550 Вт·ч/кг. После 180 циклов заряда и разряда они сохранили около 80 % первоначальной ёмкости.
Применение катода с высоким содержанием марганца позволило увеличить удельную энергию до 603 Вт·ч/кг. Это примерно в полтора раза выше показателей лучших серийных литийионных аккумуляторов. Однако технология пока находится на исследовательской стадии, а ресурс в 180 циклов слишком мал для большинства массовых применений, поэтому до появления подобных батарей в серийных электромобилях или летательных аппаратах может пройти немало времени.
Тем временем крупнейший мировой производитель тяговых аккумуляторов CATL исследует и другие перспективные химические системы. Ранее компания сообщала о работе над литий-воздушными аккумуляторами, теоретическая удельная энергия которых может достигать 12 000 Вт·ч/кг, что приближает их по этому показателю к жидкому углеводородному топливу.
Источник:
