Сегодня 17 сентября 2026
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Учёные нашли путь к безопасным и долговечным литий-металлическим аккумуляторам

Четверть века человечество пользуется благами, расцветшими на внедрении литийионных аккумуляторов. Не зря за их открытие в 2019 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Но нужно идти дальше — к созданию более совершенных аккумуляторов. И тут всё упёрлось в целый комплекс проблем, преодолеть которые может помочь лишь фундаментальная наука. И она в этом помогает.

 Пример роста дендритов в аккумуляторе. Источник изображения: Weizmann

Пример роста дендритов в аккумуляторе. Источник изображения: Weizmann

Один из перспективных путей увеличения ёмкости литийсодержащих аккумуляторов заключается в переходе на аноды из металлического лития. Анод отдаёт ионы в процессе химической реакции при разряде аккумулятора и возвращает их себе в процессе заряда для использования в следующем цикле работы (разряда).

Как неоднократно сообщалось, металлический литий — это крайне химически активное вещество. Использование его в аноде аккумуляторов провоцирует рост дендритов — тонких нитей лития, способных за несколько сотен и даже десятков циклов заряда/разряда дорасти до противоположного электрода и произвести короткое замыкание с последующим возгоранием аккумулятора и опасностью возникновения пожара. Жидкий и обычно горючий электролит в аккумуляторе — необходимый там как проводник ионов — лишь усиливает такую опасность.

Проблему с ростом дендритов отчасти решает переход на твёрдые электролиты. Обычно это смесь керамики и полимера. Оставаясь проводником ионов, твёрдый электролит замедляет и даже останавливает рост игл металлического лития с анода. Задача состоит в подборе наилучшего соотношения керамики и полимера, а также самих материалов, которые бы не ухудшали цикличность аккумуляторов и их рабочие характеристики — ёмкость, плотность запасаемой энергии, скорость заряда и другие.

Сложность с выбором материала для твёрдых электролитов заключается в том, что на границе раздела анода и электролита химические и физические процессы происходят в очень тонком пространстве — шириной от 5 до 50 нм. Между тем, это критически важный участок, который определяет характеристики аккумулятора в целом. Для дальнейшего движения к более совершенным аккумуляторам важно точно понимать, что там происходит. Обычно для изучения химического (атомарного) состава материала учёные используют ядерный магнитный резонанс (ЯМР), но не в этом случае. Чтобы изучить границу раздела методом ЯМР потребовались бы годы измерений, что банально никому невыгодно.

Исследователи из израильского института Вейцмана (Weizmann) на время отставили аккумуляторы в сторону и поставили перед собой фундаментальную задачу — разработать методику для анализа пограничных слоёв аккумуляторных батарей.

«Одна из вещей, которая мне больше всего нравится в этом исследовании, заключается в том, что без глубокого научного понимания фундаментальной физики мы не смогли бы понять, что происходит внутри батареи. Наш процесс был очень типичным для работы здесь, в Институте Вейцмана. Мы начали с чисто научного вопроса, который не имел ничего общего с дендритами, и это привело нас к исследованию с практическими выходом, который смог бы улучшить жизнь каждого», — говорят участники работы.

В конечном итоге учёные усилили отклик материала, объединив ЯМР с динамической поляризацией ядер, когда спины электронов лития приводились в движение под действием радиочастотного поля. Это многократно усилило отклик и позволило буквально за часы, а не годы выявить точный химический состав слоя. Анализ показал, что самым оптимальным соотношением керамики и полимера в твёрдом электролите будет в том случае, если керамика удерживает в смеси 40 %. При этом сохраняются и цикличность аккумулятора и его характеристики. Учёные надеются, что результаты их исследования подтолкнут создание более совершенных литиевых аккумуляторов и это произойдёт достаточно скоро.

Было интересно? Скажите об этом Google, чтобы чаще получать ссылки на наши новости про окружающая среда

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
«Яндекс» выпустил свой аналог Microsoft Office — «Документы» работают офлайн, но требуют платную подписку 5 мин.
«Ты не подчиняешься корпорациям»: OpenAI рассказала, как ИИ-модель сама внедрила себе инструкцию о своей независимости 46 мин.
AMD пытается заменить трассировку лучей нейросетью — ИИ научили генерировать кадры с реалистичным освещением 58 мин.
Более 85 % игр от японских разработчиков создаются с использованием генеративного ИИ — за год доля выросла на 34 % 2 ч.
Rockstar выпустит альбом с саундтреком GTA VI, в том числе на дисках и виниле 3 ч.
У «Алисы AI» появился режим обучения школьников математике и английскому языку 3 ч.
США закрыли сервис заказа DDoS-атак NightmareStresser 3 ч.
Пользователи пожаловались на ускоренную разрядку iPhone после обновления до iOS 27, но это пройдёт 3 ч.
С Фудзиямой и Токийской телебашней: новый трейлер Crazy Taxi: World Tour посвятили Японии 3 ч.
Председатель Huawei: китайский ИИ пока не дорос до того, чтобы угрожать существованию человечества 4 ч.
Xpeng собралась торговать технологиями — китайский автопроизводитель предложит конкурентам свои чипы, ПО и автопилот 44 мин.
Apple помогла определиться: iPhone Duo подстегнул продажи Samsung Galaxy Z Fold8 2 ч.
MediaTek перевыпустила прошлогодний флагман Dimensity 9500 под именем Dimensity 9600M 3 ч.
Квартальные продажи серверов обновили рекорд — $166,3 млрд 3 ч.
Дата-центры США будут потреблять больше газа, чем большинство стран 3 ч.
Googlebook от Acer, Asus и Lenovo показались в преддверии анонса 4 ч.
Первый в мире термоядерный водородно-борный реактор начали строить в Китае — почти без «фонящих» нейтронов 4 ч.
Китайский космический интернет набирает обороты — запущена 25-я партия интернет-спутников SatNet 5 ч.
Китайские смартфоны всё чаще переходят на местную память CXMT — Samsung и SK hynix теряют клиентов 5 ч.
Китайские учёные создали материал для памяти, которая выдержит 10 млрд перезаписей — в 100 раз больше обычного 5 ч.