Сегодня 20 марта 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → литиевоионный

Создан прототип литиевого аккумулятора, выдерживающий 6000 циклов заряда почти без потери ёмкости

Группа учёных из США подобрала методику изготовления твердотельных аккумуляторов с анодом с использованием металлического лития. При этом они решали задачу максимально увеличить цикличность работы батареи. Созданный прототип размером с почтовую марку показал способность выдерживать до 6000 циклов заряда с потерей не больше 20 % первоначальной ёмкости.

 Источник изображения: Nature Materials

Источник изображения: Nature Materials

Учёные из американской Школы инженерных и прикладных наук Гарвардского университета (SEAS) разработали такой процесс гальванизации кремниевого анода металлическим литием, в ходе которого микрогранулы кремния в составе анода покрываются литием как орешки шоколадной глазурью. Заявленная плотность энергии прототипа батареи оказалась сравнительно небольшой по современным меркам — всего 218 Вт/кг, что примерно в два раза меньше, чем в случае новейших литиевых элементов. Но способность выдерживать 6000 циклов разряда и заряда с потерей не больше 20 % ёмкости — это дорогого стоит.

Сегодня мы можем только мечтать об аккумуляторах с подобной устойчивостью к износу. Обычно они выдерживают в два-три раза меньше полных рабочих циклов. Но учёные не собираются останавливаться на достигнутом, и мечтают также значительно увеличить ёмкость аккумуляторов, благо твердотельные электролиты и аноды с использованием металлического лития предоставляют для этого массу возможностей.

О своём достижении учёные сообщили в статье в журнале Nature Materials, которая свободно доступна по ссылке.

«Литийметаллические анодные батареи считаются святым Граалем аккумуляторов, поскольку их ёмкость в 10 раз превышает ёмкость коммерческих батарей на графитовых анодах и они могут значительно увеличить дальность передвижения электромобилей, — сказал Синь Ли (Xin Li), доцент кафедры материаловедения SEAS. — Наше исследование является важным шагом на пути к созданию более практичных твердотельных аккумуляторов для промышленного и коммерческого применения».

«Во всём виноват катод»: учёные определили, откуда у твердотельных литиевых аккумуляторов растут дендриты

Учёные из Института им. Макса Планка (MPI-P) исследовали микроструктуру твердотельных литиевых аккумуляторов, вдохновившись наблюдением за ростом сталактитов и сталагмитов в пещерах. Первые растут сверху, а вторые — снизу. Похожим образом в твердотельных батареях растут дендриты из металлического лития. Но прежде никто не изучал вопросы, на каком электроде начинается рост дендритов и что его к этому подталкивает и, главное, как этого избежать.

 Поиски корней дендритов в электродах батарей. Источник изображения: Xue Zhang / MPI-P

Поиски корней дендритов в электродах батарей. Источник изображения: Xue Zhang / MPI-P

Команда исследователей MPI-P из департамента Ганса-Юргена Бутта (Hans-Jürgen Butt) в деталях изучила атомное строение твердотельных электролитов и электродов от физического строения до карты распределения электронов в кристаллической решётке. В качестве основного инструмента использовался метод зондовой силовой микроскопии Кельвина (KPFM). Подход позволяет создать карту распределения зёрен кристаллов в поликристаллических материалах и отобразить межзёренные границы. Также KPFM даёт возможность измерить потенциалы на поверхности материала (оценить величину заряда).

Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. При прохождении через такие скопления ионов лития (что происходит в момент зарядки и разрядки аккумуляторов) они захватывают электроны и восстанавливаются до металлического лития. На аноде такие процессы практически не наблюдались.

Тем самым стало абсолютно понятно, что «во всём виноват катод» и исследователям необходимо более пристально изучить его для подавления процессов роста игл дендритов, которые в процессе работы аккумулятора буквально протыкают его насквозь до возникновения короткого замыкания. Своими выводами учёные поделились в статье в журнале Nature Communications, которая свободна доступна по этой ссылке.

Следствием проделанной работы может стать появление намного более безопасных и долговечных батарей с твёрдым электролитом, которые будут невоспламеняемые и более энергоёмкие, чем привычные литиевые аккумуляторы с жидким электролитом.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Xbox упомянула Hollow Knight: Silksong в списке игр 2025 года — фанаты замерли в предвкушении 9 ч.
ЕС обязал Apple упростить подключение сторонних смарт-часов к iPhone — в компании заявили, что это «это плохо для пользователей» 9 ч.
Исследователи нашли способ масштабирования ИИ без дополнительного обучения, но это не точно 9 ч.
ЕС потребовал от Google прекратить ущемлять конкурентов в поисковой выдаче и пригрозил штрафом до $35 млрд 10 ч.
По мотивам творчества легендарной метал-группы Voivod выйдет «умопомрачительная» метроидвания Voivod: The Nuclear Warrior 11 ч.
Лошадь есть, ума не надо: сюжетный платформер Brute Horse отправит игроков в абсурдный мир, где даже конь может стать оружием 12 ч.
Microsoft исправила баг с автоматическим удалением ИИ-помощника Copilot из Windows 11 13 ч.
Дуров похвастался миллиардом активных пользователей Telegram и назвал WhatsApp «дешёвой имитацией» 13 ч.
Будущее Baldur's Gate прояснится «довольно скоро» — у владельца Dungeons & Dragons большие планы на франшизу 14 ч.
В России официально разрешат торговать криптовалютой, но лишь особым людям 14 ч.
Глава Nvidia признался, что пока никто не предлагал ему купить долю в капитале Intel 41 мин.
Лунный аппарат Blue Ghost сделал первые в истории фотографии лунного заката в высоком разрешении 2 ч.
SoftBank купит за $6,5 млрд разработчика серверных процессоров Ampere Computing 2 ч.
Анонсированы суперускорители на Rubin и Rubin Ultra, в которых NVIDIA не будет ошибаться в подсчётах 7 ч.
Человекоподобный робот Atlas научился танцевать брейк-данс и ходить колесом, насмотревшись на людей 8 ч.
Новая статья: Жидкостное охлаждение ID-Cooling DashFlow 360 XT Pro: лучше, дешевле, но ещё не идеал 8 ч.
Сезон охоты за тёмной материей и не только открыт — опубликован первый пакет данных с телескопа «Евклид» 10 ч.
«Увеон — облачные технологии» выпустил отечественный контроллер доставки приложений 12 ч.
Micron и SK hynix представили компактные модули памяти SOCAMM для ИИ-систем Nvidia GB300 13 ч.
«Джеймс Уэбб» впервые обнаружил углекислый газ на далёкой экзопланете 13 ч.