Недавние достижения китайских ученых в области аккумуляторных технологий открывают новые горизонты для литий-металлических батарей. Исследователи из различных университетов и институтов разработали новый электролит, который обеспечивает высокую плотность энергии и длительный срок службы аккумуляторов.
Китайская академия наук сообщила о значительном прогрессе в разработке литий-металлических аккумуляторов благодаря новому электролиту, получившему название CIPA (плотная ионная пара). Этот электролит был создан командой под руководством выдающегося исследователя Ван Сюэфэна и представляет собой решение, которое может преодолеть ограничения, связанные с традиционными электролитами.
Литий-металлические аккумуляторы имеют теоретическую плотность энергии, превышающую 500 Втч/кг, однако их коммерческое применение было затруднено из-за низкой стабильности и короткого срока службы. Основная проблема заключается в несовместимости традиционных электролитов с литий-металлическими анодами и высоковольтными катодами. Разработка электролита с высокостабильным интерфейсом между электродами стала ключом к созданию более эффективных аккумуляторов.
В новом электролите CIPA используется катод с высоким содержанием никеля, что позволяет достичь плотности энергии в 505,9 Втч/кг. После 130 циклов эксплуатации коэффициент сохранения энергии составил 91%, что говорит о высокой надежности и долговечности данного решения.
Для исследования структуры и состава электролита применялась криотрансмиссионная электронная микроскопия и другие передовые методы анализа. Эти технологии позволили ученым изучить формирование тонкой и однородной пленки SEI (твердой электрохимической интерфейсной пленки) на поверхности литиевого анода. Средняя толщина этой пленки составляет всего 6,2 нм, что меньше, чем у пленок, образованных в традиционных высококонцентрированных электролитах.
Формируемая пленка SEI имеет органо-неорганическую структуру, а размер и распределение нанокристаллов Li₂O в пленке, полученной с использованием CIPA, демонстрируют большую однородность. Это важный фактор, так как неравномерность распределения может привести к образованию литиевых дендритов, что негативно сказывается на сроке службы аккумуляторов.
Сравнительный анализ показал, что SEI, образованная в электролите CIPA, содержит меньше LiF и имеет более сильные сигналы углерода и кислорода. Это указывает на то, что разложение анионов FSI- в этом электролите происходит более эффективно, что снижает вероятность побочных реакций.
Кроме того, пространственное распределение элементов в пленке SEI также отличается. В электролите CIPA C- и S-элементы распределены более равномерно, в то время как в других электролитах наблюдается концентрация определенных элементов в отдельных слоях, что может привести к неравномерному восстановлению и образованию дендритов.
Результаты исследований показывают, что новый электролит CIPA обеспечивает надежную защиту литий-металлического анода благодаря образованию стабильного слоя SEI. Это не только повышает стабильность циклов, но и улучшает безопасность литий-металлических батарей, открывая новые перспективы для их применения в различных областях.