Меньшие аккумуляторы для электромобилей, больший запас хода? Учёные, возможно, нашли способ
Исследователи из Южной Кореи адаптировали технологии производства полупроводников для аккумуляторов без традиционного анода, чтобы подавить рост литиевых дендритов и продлить срок службы без существенного увеличения массы и объёма
Short Summary
Учёные из KAIST в Южной Корее разработали технологию, которая может сделать аккумуляторы электромобилей меньше, легче и долговечнее, обеспечивая больший запас хода на одном заряде. Прорыв связан с устранением ключевого недостатка аккумуляторов без традиционного анода: во время зарядки на медной фольге неравномерно накапливается литий, образуя острые структуры-дендриты, а защитный слой становится нестабильным. Для решения проблемы исследователи применили точные методы изготовления из полупроводниковой промышленности. Результаты опубликованы 1 сентября в журнале Advanced Functional Materials, а 22 сентября KAIST объявил о достижении.
В обычных литий-ионных аккумуляторах литий при зарядке запасается в аноде из материалов вроде графита. В аккумуляторах без традиционного анода литий накапливается непосредственно на тонкой медной фольге, что позволяет убрать часть материала, снизить вес и толщину и запасать больше энергии в том же объёме. Однако при многократных циклах зарядки и разрядки литий распределяется по медной поверхности неравномерно, образуя ветвящиеся или иглообразные дендриты. Они ухудшают работу аккумулятора, а защитный слой вокруг лития может становиться нестабильным, из-за чего срок службы остаётся одним из главных барьеров для коммерческого применения. Предыдущие попытки решить проблему включали добавление лития или более толстое защитное покрытие, но это увеличивало толщину и вес и подрывало главное преимущество технологии.
Команда KAIST вместо добавления значительного количества материала изменила структуру медной фольги: на её поверхности создали упорядоченный рисунок микроскопических трубок диаметром около 300 нанометров и высотой около 150 нанометров, что примерно в четыре раза увеличило площадь для осаждения лития. Для изготовления использовали метод полупроводниковой литографии SSL. Кроме того, на фольгу нанесли покрытие из двумерного материала MXene толщиной около 10 нанометров, которое способствует формированию стабильного защитного слоя с высоким содержанием фторида лития в электролите LiPF6. Это ограничивает нежелательные реакции и рост опасных литиевых структур. По словам профессора Джинву Ли, технология может ускорить коммерческую разработку высокоэнергетических аккумуляторов без традиционного анода и компактных систем хранения энергии для будущих электромобилей.
Аккумуляторы без традиционного анода способны повысить плотность энергии
Удаление анодного материала вроде графита снижает вес и толщину, позволяя запасать больше энергии в том же объёме и потенциально увеличивать запас хода электромобилей
Главный барьер — неравномерное осаждение лития
При зарядке литий образует дендриты и нестабильный защитный слой, что ускоряет деградацию и ограничивает срок службы аккумуляторов
Решение основано на микроструктуре медной фольги и покрытии MXene
Упорядоченные нанотрубки увеличивают площадь осаждения примерно в четыре раза, а сверхтонкое покрытие MXene способствует формированию защитного слоя с высоким содержанием LiF
Технология продлевает срок службы без лишней массы и объёма
Подход не требует добавления избыточного лития или толстых покрытий, что сохраняет преимущества аккумуляторов без традиционного анода и может ускорить их коммерциализацию
Text generated using AI
