Создание защитного слоя, продлевающего жизнь батареи на катоде, — сложная задача, но, возможно, для этого найдётся недорогое химическое решение.
Существует возможность продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов с помощью стандартной, недорогой химии.
Литий-ионные аккумуляторы состоят из отрицательного анода и положительного катода с пористым разделителем между ними. Вся конструкция погружена в электролит, который позволяет ионам лития перемещаться между электродами во время заряда и разряда.
На отрицательном электроде электролит разрушается, образуя тонкий защитный слой, который обеспечивает стабильность батареи и продлевает срок её службы.
Чуньшэн Ван из Университета Мэриленда говорит, что создание аналогичного защитного слоя на катоде всегда считалось гораздо более сложной задачей, поскольку там другие электрические условия — среда более реакционноспособная, и обычные электролиты разрушаются раньше, чем может сформироваться стабильное покрытие.
Ван и его коллеги преодолели это препятствие, применив простую реакцию из органической химии. Она делает электролит более «склонным» к принятию электронов и направляет его распад в контролируемый процесс, который формирует на катоде стабильный защитный слой.
«Управляя распадом электролита на молекулярном уровне, мы смогли точно контролировать защитный слой, образующийся на катоде», — говорит Сиюэ Чжан, научный сотрудник постдокторантуры в группе Вана.
Химический процесс также гибок. Получившийся катодно-электролитный слой можно настроить так, чтобы он был либо более защитным, сильно экранируя катод, либо менее защитным, обеспечивая слабую защиту, но позволяя более быстрые электрохимические реакции и давая дополнительную энергию. Это означает, что аккумуляторы можно оптимизировать для получения максимальной мощности и энергии или для более длительного срока службы и стабильности.
«Если можно обеспечить формирование [катодно-электролитного слоя], это станет шагом вперёд в обеспечении более длительных циклов работы аккумулятора», — говорит Мишель Арман из CIC energiGUNE, центра исследований в области накопления энергии в Испании. Учитывая, что Ван и его коллеги использовали хорошо зарекомендовавшие себя химические процедуры для изменения конструкции батареи, такие аккумуляторы должны быть безопасными и простыми в производстве, говорит Арман.
В настоящее время точно неясно, насколько новый подход может увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов, но это должно проясниться на более поздних этапах разработки технологии.
«Это относительно простая модификация существующих аккумуляторов, — говорит Ван. — После испытаний на безопасность и долговечность этот подход [может] вполне реально дойти до потребителей».
Ссылка на журнал: Nature Chemistry DOI: 10.1038/s41557-025-02009-1