Наноразмерные наблюдения выявили причину снижения производительности литий-металлических аккумуляторов

Команда исследователей из Корейского института передовых технологий (KAIST) впервые на наноуровне чётко наблюдала полный процесс деградации литиевого анода в литий-металлических аккумуляторах и определила первопричину снижения производительности. Это открытие может ускорить коммерциализацию литий-металлических батарей. Результаты опубликованы в журнале ACS Energy Letters.

Литий-металлические аккумуляторы, использующие металлический литий в качестве анода, обладают теоретически вдвое большей энергетической плотностью по сравнению с традиционными литий-ионными батареями. Однако их главным недостатком является быстрое снижение производительности после циклов зарядки-разрядки. Неравномерное осаждение и растворение лития приводит к образованию «мёртвого лития» — частиц, потерявших электрический контакт с электродом, что не только ухудшает работу батареи, но и создаёт угрозу безопасности.

С помощью метода in-situ электрохимической атомно-силовой микроскопии команда обнаружила, что реакции лития происходят не равномерно по всей поверхности, а избирательно в определённых местах. Дальнейшие наблюдения показали, что в шероховатых и пористых слабых зонах при растворении лития образуются крошечные пустоты, которые и становятся источниками «мёртвого лития» — главной причины резкого падения производительности. Это исследование впервые экспериментально указало на точное место и механизм повреждения, доказав, что «начальная морфология» лития является ключевым фактором долговечности батареи.