С ростом спроса на аккумуляторы, которые могут хранить больше энергии и служить дольше, команда исследователей из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) предложила инновационный подход, который может преодолеть одно из основных ограничений традиционных литий-ионных батарей (ЛИА) — нестабильные границы раздела между электродами и электролитами.
Многие современные устройства, такие как смартфоны и ноутбуки, используют батареи на основе графита. Этот материал гарантирует долгосрочную стабильность, но не обладает достаточной энергетической емкостью. В отличие от графита, кремний способен хранить в 10 раз больше ионов лития, что делает его перспективным материалом для анодов следующего поколения. Однако проблема заключается в том, что кремний значительно изменяет объем при заряде и разряде, что может привести к образованию механических зазоров между электродом и электролитом, в результате чего снижается эффективность работы батареи.
Для решения этой проблемы исследователи предложили использование твердых или квазитвердотельных электролитов (QSSE), которые обещают большую безопасность и стабильность. Однако даже в этом случае QSSE сталкиваются с трудностью поддержания постоянного контакта с расширяющимся и сжимающимся кремнием, что в конечном итоге приводит к разрушению соединения и снижению производительности.
Научная команда разработала систему взаимосвязанного электрода-электролита (IEE), которая образует ковалентные химические связи между электродом и электролитом. В отличие от традиционных батарей, где компоненты просто соприкасаются, система IEE создаёт прочную химическую связь, что позволяет компонентам оставаться плотно связанными даже при механических воздействиях, таких как расширение и сжатие материала.
Результаты электрохимических испытаний продемонстрировали, что традиционные батареи теряли свою емкость уже после нескольких циклов заряда-разряда. В то же время батареи с конструкцией IEE показали отличную долговечность и стабильность на протяжении долгого времени. Например, пакетная ячейка на основе IEE продемонстрировала плотность энергии 403,7 Втч/кг и 1300 Втч/л, что на 60% выше массовой и почти в два раза выше объемной плотности энергии по сравнению с обычными литий-ионными батареями.
Эти результаты открывают новые возможности для применения инновационных батарей. Например, в электромобилях это может означать увеличение дальности поездки без увеличения размера батареи, а в смартфонах — увеличение времени работы устройства, при этом сохраняя тот же размер аккумулятора.
Источник: https://www.electronicsonline.net.au/content/power/news/interlocked-electrodes-enhance-battery-lifespan-1705135807
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/