Учёные из Китайской академии наук (КАН) создали твердотельную литий-металлическую батарею с рекордной плотностью энергии — 451,5 Вт·ч/кг. Главная фишка устройства — сверхбыстрая зарядка. Полный цикл «заряд-разряд» занимает всего около трёх минут.
Разработчики утверждают: даже при жёстком токе заряда 20C и работе с высоковольтным никелевым катодом (4,7 В) аккумулятор спокойно выдержал 700 циклов. При этом сохранил 81,9% первоначальной ёмкости, что для таких экстремальных режимов — отличный результат.
В основе технологии лежит модернизация полимерных электролитов на базе PVDF (поливинилиденфторида). Этот материал любят разработчики твердотельных элементов питания за его высокую ионную проводимость и стойкость к окислению.
Однако у стандартных пластификаторов в PVDF-электролитах есть слабое место — низкая электрохимическая стабильность. Из-за неё возникают побочные химические реакции, которые быстро разрушают литий-металлические аноды и высоковольтные катоды.
Решение проблемы нестабильных электролитов
Чтобы обойти это ограничение, команда КАН внедрила метод «пластификации с помощью совместимого растворителя».
Суть проста: на этапе подготовки электролита учёные добавляют временный летучий агент. Он связывает полимер и стабильные пластификаторы, а когда растворитель испаряется при формировании плёнки, пластификатор намертво фиксируется внутри полимерной сетки.
Этот трюк позволил создать межфазный слой, богатый фторидом лития, и заблокировать вредные побочные реакции на обоих электродах сразу. В итоге средняя кулоновская эффективность процессов осаждения и растворения лития подскочила до 99,1% на отрезке в 1400 циклов.
Роль базового пластификатора в системе сыграл сульфолан. Исследования показали, что его прочная связь с полимером не даёт пластификатору мигрировать, удерживая структуру электролита стабильной при постоянной нагрузке.
Технологию проверили и на практике — собрали пакетный аккумулятор (pouch cell) ампер-часового класса с тонким литий-металлическим анодом (соотношение N/P составило 1,1). Ячейка выдала те самые 451,5 Вт·ч/кг.
Чтобы понимать масштаб: это более чем в два раза превышает показатели большинства коммерческих LFP-батарей (литий-железо-фосфатных), которые сейчас ставят на электромобили.
Курс на коммерциализацию
Новый аккумулятор уже проверили на безопасность — он успешно прошёл жёсткий тест на пробитие гвоздём.
Китайская разработка появилась в разгар глобальной технологической гонки. Научные институты и автогиганты бьются за вывод на рынок коммерческих твердотельных батарей, способных обойти классический литий-ион по ёмкости, скорости зарядки и безопасности.
Целый ряд китайских компаний уже планирует запуск серийного производства твердотельных систем с плотностью 400–500 Вт·ч/кг на горизонте 2026–2027 годов. Параллельно они развивают полутвердотельные и литий-металлические решения.
Правда, несмотря на миллиардные инвестиции в новое поколение элементов питания, привычная LFP-химия пока удерживает лидерство на рынке электромобилей КНР. Её главные козыри — низкая себестоимость и отлаженное массовое производство.
Тем не менее в КАН рассчитывают, что их работа изменит подход к проектированию полимерных электролитов на основе PVDF. В перспективе это откроет дорогу к серийным литий-металлическим батареям, которые будут заряжаться за время на уровне наполнения обычного бензобака.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU