Команда инженеров из Мичиганского университета представила новый метод создания литий-металлических батарей с повышенной плотностью энергии и скоростью заряда, который продлит запас хода электромобилей и увеличит продолжительность работы гаджетов.
Для этого они собрали батарею на основе твердого керамического электролита. Керамический слой стабилизирует поверхность и защищает электролит от формирования дендритов — металлических образований на поверхности электродов, которые возникают в процессе эксплуатации и часто приводят к короткому замыканию и возгоранию. В результате высокая плотность и высокая проводимость сохраняются, а вероятность воспламенения сводится к нулю.
«Мы изобрели новый подход и физически стабилизировали литий-металлическую поверхность с помощью керамического слоя. Такие батареи не склонны к воспламенению, так как в них нет жидкости, провоцирующей возгорание», — пояснил автор исследования Джефф Сакамото.
Авторы работы, опубликованной в Journal of Power Sources, поясняют, что литий-металлические аккумуляторы существуют на рынке давно и особой популярностью они пользовались в 1980-е годы. Тогда батареи с жидкими электролитами считались последним словом техники и ими оборудовали первые модели мобильных телефонов. Однако в элементах такого типа быстро нарастали дендриты, и устройства загорались и выходили из строя. Постепенно литий-металлические модели вышли из употребления.
Однако по плотности энергии они в два раза превышают современные литий-ионные аналоги. Для сравнения — у литий-металлических элементов показатель составляет 1200 Ватт*часов на литр, а у литий-ионных — всего 600 Ватт*часов на литр. Параметры емкости тоже существенно отличаются — у батарей первого типа с твердым электролитом емкость доходит до 3800 мА·ч/грамм, а у второго — до 350 мА·ч/грамм.
Но литий-металлические аккумуляторы уступали литий-ионным по одному существенному параметру — скорости подзарядки. Новая методика уравняла эти показатели.
У автомобиля с батареей на основе металлического лития на полный цикл подзарядки ушло бы 20-50 часов, но благодаря технологии затраты времени сократились до 3 часов.
Поиск эффективной замены литий-ионным батареям ведется по всему миру, и инвесторы щедро вкладываются в такие проекты. По данным Bloomberg, в первом полугодии 2018 года инвестиции в стартапы, разрабатывающие новые типы аккумуляторов, выросли до $1,5 млрд — в два раза по сравнению с 2017 годом. Однако пока большинство производителей не продвигается дальше создания прототипов, и есть риск, что технологии устареют еще до выхода на рынок.
