Безанодна батерия с рекордна енергийна плътност удвоява пробега на електромобилите

Южнокорейски изследователи създадоха литиево-метална батерия без анод с рекордна обемна енергийна плътност от 1270Wh/L, което е два пъти повече от съвременните литиево-йонни батерии. Новата технология позволява значително да се увеличи пробегът на електромобилите и да се подобри стабилността на батерията дори при многократно зареждане.

Безанодната литиево-метална батерия няма традиционен анод. Литиевите йони в катода се пренасят и отлагат директно върху медния колектор на ток по време на зареждането. Този подход освобождава допълнително вътрешно пространство за съхранение на енергия. Но има и сериозни недостатъци: неравномерното отлагане на литий създава остри иглообразни структури – дендрити, които увеличават риска от къси съединения и опасности за безопасността. Освен това повтарящите се цикли на зареждане и разреждане могат да повредят повърхността на лития и да съкратят живота на батерията.

За да решат тези проблеми, изследователите са използвали комбиниран подход, включващ използването на обратим носител и специално разработен електролит. Това насочва отлагането на лития в контролирани зони и стабилизира повърхността на метала, като намалява риска от образуване на дендрити.

Обратимият носител (RH) представлява полимерна рамка с равномерно разпределени сребърни наночастици, които насочват отлагането на лития към желаните места. Разработеният електролит (DEL) образува силен защитен слой от литиев оксид (Li₂O) и литиев нитрид (Li₃N), предотвратявайки вредния растеж на дендрити и осигурявайки стабилен йонен транспорт.

Тестовете показват добри резултати. При плътност на тока от 2,3 mA-cm-² и специфичен капацитет от 4,6 mA-h-cm-² батерията запазва 81,9% от първоначалния си капацитет след 100 цикъла, като средната кулонова ефективност е 99,6%. По този начин е постигната рекордна обемна енергийна плътност от 1270 Wh/L за безнанодна литиево-метална батерия.

Ефективността е потвърдена не само при малки лабораторни клетки, но и при батерии тип „пакет“, близки до реалните условия на работа на електромобилите. Дори при минимално количество електролит и ниско налягане в стека батериите показват стабилна работа. Това открива перспективи за намаляване на теглото и обема на батериите, както и за намаляване на производствените разходи.

Според учените разработката им представлява сериозен пробив в технологията на батериите, като съчетава висок енергиен капацитет, стабилност и издръжливост.