Литий-ионные аккумуляторы стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, питая все, от наших смартфонов до электромобилей
Эти батареи легкие, долговечные и могут удерживать заряд в течение значительного периода времени.
Наряду с этим они играют решающую роль в приложениях по хранению энергии для возобновляемых источников, таких как солнечная энергия и энергия ветра. Известные своим легким весом, впечатляющей долговечностью и способностью сохранять заряд в течение длительного времени, литий-ионные аккумуляторы действительно замечательны.
Хотя литий-ионные батареи обязаны своим появлением своим предшественникам, литий-металлическим батареям, они превзошли их по популярности из-за серьезных проблем с безопасностью. Несмотря на то, что литий-металлические аккумуляторы обладают в два раза большей энергоёмкостью, чем литий-ионные аккумуляторы, они также представляют повышенный риск возгорания или взрыва. Кроме того, со временем они могут ухудшиться, что приведет к снижению производительности и емкости.
Недавнее исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), сделало новаторское открытие, которое обладает огромным потенциалом для будущего литий-металлических батарей. Эти аккумуляторы способны превзойти по производительности широко используемые литий-ионные аккумуляторы, а также обладают улучшенными функциями безопасности.
Как правило, металлический литий имеет тенденцию быстро реагировать с различными химическими веществами, что приводит к почти мгновенному развитию коррозии, когда металл помещается на поверхность, например на электрод. Однако исследовательская группа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе успешно разработала метод нанесения металлического лития на поверхность без обычного образования коррозионного слоя. Они добились этого, пропуская ток через значительно меньший электрод, тем самым излучая электричество с гораздо большей скоростью. Этот процесс можно сравнить с частичным закупориванием насадки садового шланга, в результате чего вода выбрасывается с большей силой.
Чтобы оценить эффективность своего подхода, исследователи использовали четыре разных электролита для нанесения металлического лития на поверхности. Полученные формы лития впоследствии были проанализированы с помощью криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ), метода визуализации. Затем полученные результаты сравнивали с результатами, полученными с использованием традиционной методики.
Команда сделала интересное открытие относительно структуры металлического лития. Вместо типичных коренастых или столбчатых форм они наблюдали один многогранник, который соответствует теоретическим предсказаниям, основанным на кристаллической структуре металла. Эта многогранная форма, известная как ромбический додекаэдр, состоит из двенадцати сторон.
Это открытие указывает на то, что истинная форма лития представляет собой особый многогранник, когда нет коррозии. Открытие предполагает, что риск взрыва в литий-металлических батареях может быть снижен, поскольку атомы накапливаются упорядоченно, а не пересекаются друг с другом. Последствия этого открытия имеют большое значение для высокопроизводительных энергетических технологий.
«Ученые и инженеры провели более двух десятилетий исследований по синтезу металлов, включая золото, платину и серебро, в такие формы, как нанокубы, наносферы и наностержни», — сказал Юйчжан Ли
«Теперь, когда мы знаем форму лития, возникает вопрос: можем ли мы настроить его так, чтобы он формировал кубы, которые можно было бы плотно упаковать, чтобы повысить как безопасность, так и производительность батарей?».
Исследователи заявили, что новый метод осаждения лития требует дальнейшей работы по его оптимизации, пишет techexplorist.