Сегодня 13 августа 2025
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.

Источник:

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

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Блогер встроил «чит» прямо в руку — электростимуляция ускорила прицеливание в CS2 3 ч.
ИИ-бот Claude теперь может прочитать «Войну и мир» за раз — Anthropic увеличила контекстное меню в 5 раз 4 ч.
ИБ-платформа Security Vision 5 получила множество доработок 5 ч.
Krafton: увольнение руководителей Unknown Worlds спасло Subnautica 2 от судьбы Kerbal Space Program 2 и «непоправимого ущерба всей франшизе» 5 ч.
Chrome начнёт блокировать скрипты для слежки, но только в режиме «Инкогнито» 6 ч.
VK Tech увеличила в I полугодии 2025 года выручку в полтора раза, а количество клиентов выросло более чем втрое 6 ч.
Догоняя X: месячная аудитория Threads превысила 400 млн активных пользователей 7 ч.
Perplexity предложила выкупить Google Chrome за $34,5 млрд — сам стартап стоит почти вдвое меньше 7 ч.
Персонализация поиска Google стала по-настоящему персональной — теперь можно самому выбирать источники 9 ч.
Capcom устроит «эксклюзивный показ» Resident Evil Requiem на Gamescom: Opening Night Live 9 ч.
Новая статья: Обзор складного смартфона Samsung Galaxy Z Flip7: самая изящная раскладушка 5 ч.
Легенда со 133-летней историей собралась на свалку истории — Kodak признала, что скоро не сможет продолжать работу 7 ч.
Samsung выпустила первый телевизор с подсветкой Micro RGB и улучшенной цветопередачей 9 ч.
Учёные придумали невидимые для глаз световые водяные знаки для выявления дипфейков 10 ч.
Анонсирован смартфон Vivo V60 с оптикой Zeiss и ценой от $425 11 ч.
Мобильная графика Arm станет производительнее — в GPU встроят нейронные ускорители 11 ч.
Nvidia представила GeForce RTX 5090D V2: специальный флагман для Китая с урезанной памятью за те же деньги 12 ч.
Жаркая катка: видеокарта GeForce RTX 5090 вспыхнула во время игры в Battlefield 6 12 ч.
Supermicro представила 4U-сервер на базе NVIDIA HGX B200 с СЖО 12 ч.
Tesla запустила редкую рекламу своего автопилота, но пытается скрыть его несовершенство 12 ч.