Литий-металлический аккумулятор быстро заряжается за счет накопления ионов в полом сердечнике

352

Ученые из Национального исследовательского совета по науке и технологиям Южной Кореи продемонстрировали многообещающую новую архитектуру батареи, которая может привести к значительному увеличению емкости и времени зарядки.

Прорыв связан с новой конструкцией литий-металлических аккумуляторов высокой плотности, которые тщательно контролируют проблемный рост ионов, что позволяет им сохранять свою функцию в течение сотен циклов.

Используемые сегодня литиевые батареи имеют анодный компонент, изготовленный из графита, но если бы ученые смогли использовать вместо этого чистый металлический литий, это стало бы огромным скачком в технологии хранения энергии.

Это связано с тем, что металлический литий имеет теоретическую емкость, которая примерно в 10 раз выше, около 3860 мАч/г, по сравнению с 372 мАч/г графита, что, например, позволит смартфонам работать в течение недели без подзарядки.

Но эти батареи генерируют энергию посредством различных химических реакций, а вместе с ними возникает и другой набор проблем, которые необходимо решить.

При циклировании литий-металлической батареи ионы лития неравномерно растут на поверхности анода, образуя щупальцевые образования, известные как дендриты.

Выступы могут привести к расширению анода, короткому замыканию или возгоранию аккумулятора. Решению этого вопроса посвящено большое количество исследований.

Авторы нового исследования подошли к проблеме с пористой углеродной структурой с полым сердечником, которая служила анодом. Эти удерживаемые литием хосты ядро-оболочка, как их называют, рассматриваются как захватывающая перспектива в этой области, поскольку они способны предотвращать рост дендритов и увеличение объема за счет укладки лития в полое ядро ​​во время циклирования.

Однако они страдают от плохих электрохимических характеристик по-другому: нежелательный рост лития все еще образуется на поверхности конструкции во время работы (так называемое верхнее покрытие).

Команда ученых разработала новую конструкцию этих структур, которая включает небольшое количество наночастиц золота в полое ядро. Эти частицы имеют родство с ионами лития и поэтому способны контролировать направление их роста, помогая им проникнуть в ядро, а также создавая наноразмерные поры в оболочке, чтобы еще больше способствовать миграции ионов лития к полому центру.

Это послужило предотвращению роста дендритов и верхнего покрытия, в результате чего конструкция батареи показала большой потенциал в смоделированных экспериментах.

Осаждение ионов лития сохранилось внутри конструкции в условиях сильноточной зарядки и позволило ей сохранить 82,5 процента своей емкости в течение 500 циклов зарядки при высокой плотности тока. Ученые считают, что долговечность и стойкость к высокой плотности тока указывают на аккумулятор большой емкости, который не только может долго работать, но и быстро перезаряжается.

«Несмотря на достоинства высокой емкости, литий-металлическим батареям предстоит преодолеть множество препятствий для коммерциализации, в основном из-за проблем со стабильностью и безопасностью», — сказал Бьюнг Гон Ким, возглавлявший исследовательскую группу.

«Наше исследование ценно тем, что мы разработали технологию массового производства литий-металлических резервуаров с высокой кулоновской эффективностью для быстро перезаряжаемых литий-металлических аккумуляторов».

Команда работает над коммерциализацией аккумуляторной технологии, но сначала ей необходимо разработать совместимый раствор электролита для переноса ионов во время использования.

Исследование было опубликовано в журнале ACS Nano.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии