Учёные из Университета Мэриленда разработали способ продлить жизнь литий-ионным аккумуляторам за счёт изменения электролита. Новый подход позволяет контролируемо формировать защитный слой на катоде, замедляя деградацию без перепроектирования элементов. Технология совместима с текущим производством.
Литий-ионные аккумуляторы используются в смартфонах, ноутбуках, электромобилях и стационарных системах хранения энергии. Несмотря на то, что их конструкция почти не менялась годами, остаётся одна ключевая проблема — постепенное старение элементов. Именно поэтому литий-ионные батареи со временем теряют ёмкость.
Группа исследователей из Университета Мэриленда (через NewScientist) обнаружила новое решение, способное продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов, не изменяя структуру элементов и производственные процессы.
Почему стареют литий-ионные аккумуляторы?
Каждый литий-ионный аккумулятор состоит из двух электродов — отрицательного анода и положительного катода. Между ними находится жидкий электролит, через который ионы лития перемещаются при зарядке и разрядке. Со временем электролит разрушается, а его побочные продукты оседают на электродах тончайшими слоями.
Такой эффект полезен на аноде, где образуется стабильный слой, защищающий электрод от дальнейшего износа и повышающий долговечность батареи. Однако на катоде, который работает в сильнокислительных условиях, аналогичная защита не формируется. В результате — деградация и старение.
Как работает новое решение
Команда под руководством материалиста Чуншэна Вана исследовала новый подход, не затрагивающий электроды, а изменяющий сам электролит. Вдохновляясь известными реакциями из органической химии, учёные скорректировали его свойства, чтобы перенос ионов стал более контролируемым.
Теперь электролит разлагается не хаотично, а в контролируемом режиме, формируя равномерный и стабильный защитный слой на катоде, который замедляет дальнейшую деградацию. Важно, что для этого не нужны экзотические материалы — используются химикаты и процессы, уже применяемые в промышленности.
Ещё одно преимущество метода — гибкость. Толщину защитного слоя на катоде можно варьировать: более толстый слой повышает стабильность и срок службы, но замедляет перенос ионов, а тонкий — позволяет достичь высокой мощности и плотности энергии, но быстрее изнашивается.
Такой подход позволяет адаптировать аккумуляторы под конкретные задачи — например, максимальную долговечность для стационарных систем хранения энергии или высокую производительность для электромобилей.
Что это значит для пользователей?
Пока неясно, насколько именно новое решение продлит срок службы литий-ионных аккумуляторов. Технология находится на ранней стадии испытаний, и долгосрочные данные ещё не собраны.
Тем не менее, эксперты оптимистичны. Специалист по хранению энергии Мигель Арманд из испанского исследовательского центра CIC energiGUNE назвал контролируемое формирование защитного слоя на катоде важным шагом к более долговечным батареям.
В ближайшее время потребители не почувствуют изменений. Однако в среднесрочной и долгосрочной перспективе это решение может помочь аккумуляторам в повседневных устройствах дольше сохранять ёмкость, не требуя от производителей создания принципиально новых типов элементов.
Дополнительно: Вредно ли постоянно держать ноутбук на зарядке?
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Viviane Osswald