Новое исследование, опубликованное на этой неделе, может стать первым шагом к практическому применению батарей с литий-металлическим анодом, которые многие считают «святым Граалем» портативного хранения электроэнергии.
Батареи с литий-металлическим анодом имеют множество преимуществ перед современными батареями, в частности, в отношении перезарядки, емкости и долговечности в течение нескольких циклов. Аккумуляторы и хранение электроэнергии – это огромная область исследований во всем мире, поскольку это одна из последних областей для улучшения потребительских технологий, а также огромный компонент электромобилей, сетей возобновляемых источников энергии с нулевым содержанием углерода, устойчивой авиации и т. д.
При всех достоинствах батарей с литий-металлическим анодом, у них есть довольно заметный недостаток – они имеют склонность к… ну, взрываться. Эти батареи невероятно реактивны по отношению к воде, воздуху и вообще ко всему, что угодно, что делает их абсолютно небезопасными и непрактичными практически для всех применений. Так было до сих пор.
Новое исследование (The Independent), проведенное в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук (SEAS) в США, возможно, решило, по крайней мере, некоторые проблемы с литий-металлическим анодом, связанные с общей реактивностью.
«Батареи с литий-металлическим анодом считаются святым граалем аккумуляторов, потому что их емкость в 10 раз больше, чем у коммерческих графитовых анодов, и они могут значительно увеличить дальность поездки на электромобилях. Наше исследование – важный шаг на пути к созданию более практичных твердотельных батарей для промышленного и коммерческого применения».
- говорит Синь Ли, доцент SEAS
Ли использовал аналогию с шоколадным трюфелем, чтобы описать принцип работы своей технологии. Металлический литий обернут вокруг частиц кремния, «как твердая шоколадная оболочка вокруг ядра лесного ореха в шоколадном трюфеле». Поместив частицы кремния микронного размера внутрь анода батареи, Ли и команда из SEAS обнаружили, что это уменьшает так называемый эффект «покрытия», который является причиной нестабильности литий-металлических анодных батарей. В результате прототипы твердотельных батарей размером с почтовую марку смогли сохранить 80 процентов своей емкости после более чем 6 000 циклов.
Ли и его команда опубликовали результаты своего исследования в журнале Nature на прошлой неделе, хотя до полноценной коммерциализации может потребоваться дальнейшее изучение взаимодействия между литием и новым кремниевым раствором.
Батареи текущего поколения и решения для хранения энергии являются огромным узким местом для всех типов технологий
Microsoft сама ведет активные исследования новых технологий батарей. Только на этой неделе Microsoft опубликовала подробности своего собственного прорыва в области батарей, показав, как ее модели искусственного интеллекта обнаружили новые методы уменьшения количества лития, необходимого для современных батарей.
Исследования в области твердотельных аккумуляторов по-прежнему активно развиваются, так как большинство современных технологий не могут быть использованы из-за необходимости использовать неуклюжие и неудобные аккумуляторы, которые практически не продвинулись за последние десятилетия. Батарейки типа AA образца 2024 года в вашем лучшем контроллере Xbox почти не отличаются от тех, что были в 90-х годах. Будь то электромобили, автономная робототехника, авиация, освоение космоса, устойчивое развитие, решения в области возобновляемых источников энергии или просто обычные смартфоны, ноутбуки и бытовая техника – основные «бутылочные горлышки» всегда связаны с энергией.
Первые компании, которые улучшат наше понимание и качество хранения энергии, естественно, получат большие прибыли, если технология сработает, вот почему она остается такой интенсивной областью исследования. Будет интересно посмотреть, к чему все это приведет, так как усилия по обеспечению устойчивости растут по всему миру.