Корреспондент Гу Бон Хёк
- POSTECH, KAIST и Университет Кёнсан достигли самую высокую в мире плотность энергии
![Электромобиль [Getty Images Bank]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_69426606b9070f6f606d2986_6942667587884f74fc065922/scale_1200)
Совместная исследовательская команда, в которую вошли профессор Пак Су Чжин и доктор Хан Дон Ёп из факультета химии POSTECH, профессор Чхве Нам Сун и доктор Ким Сэ Хун (в настоящее время работает в Научно-исследовательском институте электроники и телекоммуникаций Кореи) из факультета химической и биомолекулярной инженерии KAIST, а также профессор Ли Тхэ Кён и исследователь Сон Чжун Су из факультета материаловедения и инженерии Национального университета Кёнсан, смогла изготовить «литий-металлическую батарею без анода» с удельной энергией в 1270 Втч/л (ватт-часов на литр). Это примерно в два раза превышает уровень литий-ионных батарей, которые в настоящее время используются в электромобилях (около 650 Втч/л).
В «литий-металлической батарее без анода» в буквальном смысле отсутствует анод. Вместо этого литий из катода мигрирует и оседает непосредственно на медной пластине во время зарядки. Благодаря устранению ненужных компонентов больше внутреннего пространства батареи может быть использовано для хранения энергии. Это похоже на то, как если бы в бак того же размера помещалось больше топлива. Проблемы заключаются в безопасности и сроке службы. Если литий осаждается неравномерно, могут расти дендриты (игольчатые кристаллические структуры), что создает риск взрыва. Более того, повторная зарядка и разрядка вызывают растрескивание поверхности, что значительно сокращает срок службы.
Для решения этой проблемы исследовательская группа приняла стратегию, сочетающую «обратимый хост (RH)» с «специально разработанным электролитом (DEL)». «Литиевый хост» равномерно распределяет наночастицы серебра (Ag) в полимерной структуре, направляя литий в определенные места, а не позволяя ему накапливаться случайным образом. Это создает своего рода «специальные парковки для лития», где он может оседать упорядоченно.
К этому был добавлен «специально разработанный электролит». Электролит — это жидкость внутри батареи, которая служит путем для перемещения лития. Разработанный исследовательской группой электролит вступает в реакцию с литием, образуя тонкий, но жесткий защитный слой, состоящий из Li₂O и Li₃N. Этот защитный слой обволакивает поверхность лития, как повязка на коже, предотвращая рост дендритов и сохраняя путь для перемещения лития открытым.
Комбинированная система RH-DEL сохранила 81,9 % своей первоначальной емкости после 100 циклов заряда-разряда в условиях высокой емкости (4,6 мАч/см²) и плотности тока (2,3 мА/см²), достигнув средней энергоэффективности 99,6 %. Опираясь на эту стабильную производительность, исследовательской группе удалось получить удельную энергию 1270 Вт·ч/л в литиево-металлической батарее без анода.
Примечательно, что это достижение было подтверждено не только в небольших лабораторных элементах, но и в элементах пакетного типа. Она стабильно работала даже в условиях низкого давления (20 кПа) с минимальным количеством электролита (E/C = 2,5 г/Ач). Это означает, что при применении в реальных транспортных средствах она может снизить вес и объем, одновременно уменьшив производственные затраты, что, в свою очередь, значительно повышает ее коммерческий потенциал.
«Это значимое достижение, одновременно решающее проблемы производительности и срока службы литий-металлических батарей без анода» - сказал профессор Пак Су Чжин.
Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале «Advanced Materials».
nbgkoo@heraldcorp.com
#южнаякорея #корея #политика #экономика #промышленность #технология #аккумулятор #батарей #электромобили #медицина #бизнес #финансы #общество #культура #искусство #азия