Литий-металлические батареи (LMBs) считаются одними из самых перспективных кандидатов на аккумуляторы следующего поколения из-за их высокой теоретической емкости, низкого рабочего потенциала и высокой плотности энергии. Однако разработка высокоэффективных и стабильных LMBs до сих пор остается сложной задачей из-за высокой реакционной активности металлического лития, которая приводит к образованию дендритов и снижению безопасности батареи.
Твердые полимерные электролиты (SPEs) рассматриваются как многообещающее решение для преодоления этих проблем. SPEs обладают такими преимуществами, как высокая механическая прочность, широкий электрохимический диапазон стабильности и низкая стоимость. Однако традиционные SPEs имеют низкую ионную проводимость, что ограничивает их применение в высокопроизводительных LMBs.
Исследователи из Университета Мэриленда, Университета Иллинойса и других институтов недавно разработали новый высококонцентрированный твердый полимерный электролит для LMBs. Предложенный ими электролит обладает высокой ионной проводимостью (10-3 S см-1 при 25 °C) и широким электрохимическим диапазоном стабильности (до 5 В). Кроме того, он способен подавлять рост дендритов лития и улучшать циклическую стабильность батареи.
Новый электролит содержит смесь полиэтиленгликоля (PEG) и литийбис(трифторметансульфонил)имида (LiTFSI). PEG является полимером с высокой механической прочностью и хорошей ионной проводимостью. LiTFSI является солью лития с низкой температурой плавления и высокой растворимостью в PEG.
Исследователи обнаружили, что добавление LiTFSI в PEG приводит к увеличению ионной проводимости электролита. При концентрации LiTFSI 40 мас. % ионная проводимость электролита достигает 10-3 S см-1 при 25 °C. Это значение значительно выше, чем у традиционных SPEs.
Новый электролит также обладает широким электрохимическим диапазоном стабильности. Он стабилен в диапазоне напряжений от 0 до 5 В, что позволяет использовать его в LMBs с высоким рабочим напряжением.
Испытания показали, что LMBs с новым электролитом имеют высокую циклическую стабильность. Батарея может выдерживать более 1000 циклов зарядки-разрядки без существенного снижения емкости. Кроме того, новый электролит способен подавлять рост дендритов лития, что значительно повышает безопасность батареи.
Источник:
Вейран Чжан и др., Однофазные твердые полимерные электролиты локальной высокой концентрации для литий-металлических батарей (Weiran Zhang et al, Single-phase local-high-concentration solid polymer electrolytes for lithium-metal batteries), Nature Energy (2024). DOI: 10.1073/pnas.2309096120
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!