В Китае создали литиевый аккумулятор с рекордной плотностью энергии — в два раза выше, чем у ячеек Tesla 4680. Более того, уже создана и запущена линия по опытному производству новых ячеек. Прорыв обеспечила разработка нового электролита, который по признанию занятых в проекте учёных «ломает современные концепции». При этом новые батареи высоконадёжны и устойчивы к возгоранию, что делает их полностью безопасными.

Обзор рейтингового режима Warface: просто освоиться, сложно оторваться

Обзор смартфона HUAWEI Pura 80 Ultra: зум, которому нет равных

Обзор ноутбука Acer Swift Go 14 (SFG14-63-R7T4) с процессором Ryzen 9 8945HS и OLED-экраном

Пять причин полюбить HONOR 400

HUAWEI Pura 80 Ultra глазами фотографа

Обзор смартфона HONOR 400: реаниматор

Источник изображения: Tianjin University

Аккумуляторные ячейки Tesla 4680 могут иметь плотность запасаемой энергии до 300 Вт·ч/кг. Популярные литий-железо-фосфатные элементы Blade 1.0 компании BYD демонстрируют плотность на уровне 150 Вт·ч/кг. Созданные учёными Тяньцзиньского университета аккумуляторы характеризуются плотностью запасаемой энергии на уровне 600 Вт·ч/кг. Тем самым по этому параметру они вдове превосходят изделия Tesla и вчетверо — одно из самых популярных среди недорогих аккумуляторов решение, LFP-аккумуляторы Blade первого поколения.

Нетрудно представить, что собранные на базе новых ячеек батареи обеспечат электрическим транспортным средствам ощутимо больший запас хода. Если они пойдут в массовое производство, это в целом может изменить парадигму транспорта на электрической тяге. К слову, новые батареи уже переданы для испытания на электрических воздушных беспилотниках трёх неназванных компаний в Китае, которые остались довольны разработкой.

Всё дело в электролите, объясняют учёные в свежей статье в журнале Nature. Свойства литиевого аккумулятора зависят от химической и электрической активности так называемой сольватной структуры. Это группы молекул растворителя (воды или органических растворителей) которые группируются вокруг ионов лития, обеспечивая стабильность и подвижность ионов. Дизайн новой батареи, по словам разработчиков, «разрушает традиционную зависимость от доминирующей в электролитах сольватной структуры, обеспечивая двойное повышение плотности энергии и общей производительности».

Также уточним, что речь идёт о литий-металлическом аккумуляторе, который считается признанным фаворитом в гонке за звание аккумулятора следующего поколения.

Для планирования химических свойств нового электролита учёные привлекли значительные вычислительные мощности и машинное обучение, что помогло определить наиболее перспективные соли лития и растворители. Как показали эксперименты, результат себя оправдал. Прототип батареи не только показал высочайшую в отрасли плотность запасаемой энергии, но также не воспламенялся (за счёт добавок фосфатов) и не замерзал до -60 °C. Аккумулятор буквально протыкали гвоздями, и это не приводило к взрывным последствиям.

Опыты показали, что новая батарея может сохранять стабильную плотность энергии после 90 циклов зарядки. На основе опытных ячеек был собран батарейный блок Pack480 ёмкостью 3904 Вт·ч. Во время тестирования аккумуляторный блок обеспечил рекордную мощность для своего веса и оставался стабильным после 25 циклов, превосходя по своим характеристикам большинство существующих аккумуляторов.

Тогда как японские и китайские автопроизводители предпочитают разрабатывать твердотельные аккумуляторы своими силами, западные компании стараются полагаться в этом вопросе на стартапы. Концерн Stellantis намерен начать испытывать твердотельные тяговые аккумуляторы Factorial в своих моделях с 2026 года.

Обзор смартфона HONOR 400: реаниматор

Обзор смартфона HUAWEI Pura 80 Ultra: зум, которому нет равных

Пять причин полюбить HONOR 400

Обзор рейтингового режима Warface: просто освоиться, сложно оторваться

HUAWEI Pura 80 Ultra глазами фотографа

Обзор ноутбука Acer Swift Go 14 (SFG14-63-R7T4) с процессором Ryzen 9 8945HS и OLED-экраном

Источник изображения: Stellantis

Как отмечает The Verge, сотрудничество Stellantis и Factorial уже привело к появлению прототипов твердотельных аккумуляторов, которые отличаются от традиционных литийионных повышенной плотностью хранения заряда и способностью принимать его быстрее. В частности, первый показатель увеличен до 375 кВт·ч/кг, что несколько выше плотности хранения заряда самых продвинутых литийионных батарей с жидким электролитом, достигающей 300 кВт·ч/кг. Скорость заряда твердотельных батарей Factorial позволяет им восстанавливать его от 15 до 90 % за 18 минут при комнатной температуре.

Более того, аккумуляторы с твердотельным электролитом стабильно работают в диапазоне температур от минус 30 до плюс 45 градусов Цельсия. Отдавать заряд такие батареи тоже способны быстрее, что позволяет улучшить динамические характеристики электромобилей на их основе. Созданные Factorial в сотрудничестве с Stellantis образцы продемонстрировали способность выдерживать до 600 циклов зарядки и разрядки, что неплохо для ранних прототипов.

От сотрудничества с Factorial выиграет не только Stellantis, инвесторами стартапа являются Hyundai и Mercedes-Benz, причём последняя из компаний в следующем году собирается вывести прототипы на основе таких батарей на дороги. Технология Factorial подразумевает использование литийметаллического анода, квазитвердотельного электролита и катода большой ёмкости. Помимо увеличения запаса хода и скорости зарядки, твердотельные аккумуляторы привлекают более высокой пожарной безопасностью и устойчивостью к перепадам температуры окружающего воздуха. Высокая плотность хранения заряда позволяет при необходимости снизить массу тяговой батареи, а это тоже способно положительно сказаться на запасе хода электромобиля.

Группа исследователей из Южной Кореи представила гибридный проводник для литий-металлических аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Создание на его основе анодов аккумуляторов не только повысит их ёмкость, но также сделает их в несколько раз легче современных аналогов. Это способно переписать правила игры на рынке, считают изобретатели.

Обзор смартфона HUAWEI Pura 80 Ultra: зум, которому нет равных

HUAWEI Pura 80 Ultra глазами фотографа

Обзор ноутбука Acer Swift Go 14 (SFG14-63-R7T4) с процессором Ryzen 9 8945HS и OLED-экраном

Обзор рейтингового режима Warface: просто освоиться, сложно оторваться

Пять причин полюбить HONOR 400

Обзор смартфона HONOR 400: реаниматор

Источник изображения: Advanced Science

Как сообщили в своей статье в журнале Advanced Science учёные с химического факультета Похангского университета науки и технологий (POSTECH) и из Корейского института энергетических исследований (KIER), новая лёгкая трёхмерная структура анодного материала значительно облегчает транспортировку ионов лития.

Профессор Сучжин Пак (Soojin Park) из POSTECH, подчёркивая важность работы, заявил: «Это исследование открывает новые возможности для максимального увеличения плотности энергии литий-металлических аккумуляторов». Его коллега, доктор Гючжин Сон (Gyujin Song) из KIER добавил: «Эта структура, сочетающая в себе лёгкость с высокой плотностью энергии, представляет собой прорыв в технологии аккумуляторов будущего».

Не секрет, что литий-металлические аноды способны достигать энергоемкости 3860 мА·ч/г, что более чем в десять раз больше, чем у выпускаемых в настоящее время графитовых анодов. Это позволяет литий-металлическим анодам накапливать больше энергии в меньшем пространстве и, в отличие от графита или кремния, они могут непосредственно участвовать в электрохимических реакциях в качестве электродов.

Другое дело, что в процессе зарядки и разрядки таких аккумуляторов происходит неравномерное распределение ионов лития, что создаёт зоны, известные как «разряженный литий», а это снижает ёмкость и производительность аккумулятора. Кроме того, литий может нарастать в виде игл внутри батареи, что ведёт к коротким замыканиям. Во многом эти препятствия преодолимы, но до сих пор аноды создавались на базе относительно тяжёлых металлов, а это сильно снижало ёмкость по отношению к весу аккумуляторов.

Для решения этой проблемы корейские учёные разработали гибридную пористую структуру с использованием поливинилового спирта — лёгкого полимера с высокой транспортной способностью по отношению к ионам лития. В сочетании с полимером использованы одностенные углеродные нанотрубки и наноуглеродные сферы, что сделало материал чрезвычайно пористым. Предложенная структура оказалась более чем в пять раз легче анодов с использованием меди. Более того, она обеспечила высочайшую мобильность ионов лития и равномерное их распределение без «мёртвых зон».

В ходе экспериментов литий-металлические анодные батареи, включающие инновационную трёхмерную структуру, продемонстрировали высокую стабильность после более чем 200 циклов зарядки-разрядки и достигли высокой плотности энергии 344 Вт·ч/кг. Прототипы батарей были созданы в виде «мешочков» — типичного формфактора для набора тяговых автомобильных аккумуляторов, что тонко намекает на сферу потенциального использования разработки.

Исследователям Стэнфордского университета удалось установить, что литийметаллические аккумуляторы способны увеличивать свой срок службы, если их время от времени полностью разряжать и оставлять в таком состоянии. Одновременно после такой манипуляции повышается фактическая ёмкость аккумулятора, как показало исследование.

Обзор рейтингового режима Warface: просто освоиться, сложно оторваться

Обзор ноутбука Acer Swift Go 14 (SFG14-63-R7T4) с процессором Ryzen 9 8945HS и OLED-экраном

Пять причин полюбить HONOR 400

Обзор смартфона HONOR 400: реаниматор

Обзор смартфона HUAWEI Pura 80 Ultra: зум, которому нет равных

HUAWEI Pura 80 Ultra глазами фотографа

Источник изображения: Samsung SDI

По информации Electrek, такими выводами в своей статье в журнале Nature делится студент Стэнфордского университета Вэньбо Чжан (Wenbo Zhang), который занимается материаловедением и инженерными дисциплинами. Авторами исследования был найден простейший и доступнейший способ улучшения эксплуатационного ресурса литийметаллических аккумуляторов. Оставляя их в разряженном состоянии на какое-то время, можно добиться не только восстановления утраченной ёмкости, но и эксплуатационного ресурса батареи. Реализовать этот эффект можно исключительно за счёт программного обеспечения, управляющего процессом заряда аккумуляторов, а потому экономический эффект от внедрения этого новшества будет весьма высоким.

Как правило, литийметаллические аккумуляторы способны на 30 % превосходить литийионные по удельной ёмкости в пересчёте на массу, но при этом они уступают им в эксплуатационном ресурсе, поэтому применять их на том же электротранспорте достаточно проблематично. Американские исследователи выяснили, что нивелировать этот недостаток частично можно за счёт изменения алгоритма зарядки. Правда, пользователь при этом должен понимать, что эксплуатируемое им устройство или транспортное средство в какой-то момент захочет «отдохнуть» с разряженной батареей, чтобы частично восстановить её ресурс. Программное обеспечение должно выбирать удобный для человека период для проведения подобных технических мероприятий. Впрочем, ПО можно настроить таким образом, чтобы ячейки в составе батареи «тренировались» поочерёдно, без ущерба для общей доступной пользователю ёмкости.

В процессе эксплуатации аккумуляторов литийметаллического типа формируются отдельные частички лития, которые не возвращаются обратно в электролит при регулярных циклах зарядки и разрядки, тем самым сокращая ресурс анода. Учёным в ходе эксперимента удалось частично вернуть эти крохотные кусочки лития в состав анода, оставив аккумулятор в разряженном состоянии всего на один час. Этим способом можно восстанавливать не только рабочую ёмкость литийметаллических аккумуляторов, но и увеличивать срок их службы. Поскольку типовая тяговая батарея электромобиля содержит до 4000 аккумуляторных ячеек, программным способом их можно реабилитировать поочерёдно, не создавая особых неудобств при эксплуатации.