Химия

Исследователи из Института науки и технологий Тэгу Кенбук (Южная Корея) разработали технологию, значительно продлевающую «жизнь» литий-металлических аккумуляторов. Эти батареи намного эффективнее и безопаснее, чем литийионные, и способны сохранять до 88,2% от первоначальной емкости в течение 200 полных циклов зарядки.

Практически вся электроника, которой мы пользуемся, работает на литийионных аккумуляторах. Гаджеты, детские игрушки, портативные электроинструменты и бытовая техника — везде применяются именно эти электрохимические системы хранения энергии. Дальнейшая их эксплуатация с развитием микроэлектроники и растущими потребностями пользователей требует увеличения энергоемкости.

Аноды в таких аккумуляторах обычно изготавливают из углеродных материалов, в частности графита, альтернативой же служит металлический литий. Его использование обеспечивает меньший вес батареи и плотность энергии в 10 раз выше.

Однако, когда батарея накапливает и тратит заряд, на электродах нередко появляются металлические образования — дендриты. Эти «отростки», словно корни, врастают в электролит и пробивают барьер, разделяющий анод и катод, что вызывает короткое замыкание или даже возгорание аккумулятора. Кроме того, осложняется дальнейший заряд системы хранения энергии и сокращается срок эксплуатации устройства.

Команда южнокорейских ученых предложила свое решение проблемы образования дендритов, введя в качестве электролитной добавки трифторметансульфонат серебра (AgCF₃SO₃, или AgTFMS) для повышения стабильности ультратонкого (толщиной 20 микрон) анода из металла лития.

Испытания показали, что использование такого электролита приводит к одновременному образованию двойного защитного слоя из серебра и фторида лития на поверхности. Он, как буфер, подавляет появление дендритов. При этом срок службы аккумулятора увеличивается в семь раз, а показатель сохранения удельной емкости доходит до 88,2% в течение 200 циклов. Прочное покрытие также обеспечивает стабильность анода и снижает износ материала.

Полученная технология, как ожидают ученые, ускорит коммерциализацию литий-металлических аккумуляторов, которые можно будет применять как в бытовой электронике и беспилотниках, так и в более мощных устройствах — электромобилях и судах.

Научная работа опубликована в журнале Advanced Energy Materials.