Исследователи из Китайской академии наук разработали твердотельный литий-металлический аккумулятор с рекордной плотностью энергии 451,5 Вт·ч/кг. Батарея способна работать в режиме сверхбыстрой зарядки, эквивалентной циклу заряда и разряда примерно за три минуты.
Фото: Interesting Engineering
Разработка сохранила 81,9% первоначальной емкости после 700 циклов при использовании высоконикелевого катода с напряжением 4,7 В и скорости заряда 20C. Ученые сосредоточились на улучшении полимерных электролитов на основе поливинилиденфторида (PVDF) – материала, который широко изучается для твердотельных батарей благодаря его окислительной стабильности и ионной проводимости.
По словам исследователей, традиционные пластификаторы, используемые в PVDF-электролитах, обладают низкой электрохимической стабильностью, что приводит к побочным реакциям, снижающим совместимость с литий-металлическими анодами и высоковольтными катодами. Для решения этой проблемы команда разработала стратегию «пластификации с совместимым растворителем». Метод использует временный летучий растворитель на этапе приготовления электролита, который испаряется при формировании пленки, оставляя пластификатор внутри полимерной сети.
Это позволило сформировать интерфейсный слой, богатый фторидом лития, и подавить нежелательные побочные реакции на обоих электродах. Средняя кулоновская эффективность осаждения и растворения лития составила 99,1% на протяжении 1400 циклов.
Исследователи также продемонстрировали работу ячейки емкостью ампер-час с тонким литий-металлическим анодом (соотношение N/P – 1,1). Плотность энергии ячейки составила 451,5 Вт·ч/кг, что более чем вдвое превышает показатели многих коммерческих литий-железо-фосфатных аккумуляторов для электромобилей. Ячейка также прошла тест на прокол гвоздем, что исследователи назвали доказательством высокой внутренней безопасности.
Разработка ведется в условиях активной гонки по коммерциализации твердотельных аккумуляторов. Несколько китайских производителей батарей планируют выпустить коммерческие твердотельные системы с плотностью 400–500 Вт·ч/кг в 2026–2027 годах. Исследователи отмечают, что их работа расширяет возможности проектирования полимерных электролитов на основе PVDF и открывает путь к созданию практичных литий-металлических батарей с высокой энергоемкостью и возможностью быстрой зарядки.
Источник: Interesting Engineering
Оцените новость 0 0 0 0 0 0 0