Изследователи разработиха литиево-метална батерия, която се зарежда за 10 минути и предлага до 6000 цикъла

Батерийните технологии от следващо поколение са от решаващо значение за по-нататъшния преход към по-екологични форми на енергия и за постигането на целите за нулеви въглеродни емисии.

За тази цел екип от изследователи съобщи, че е разработил литиево-метална батерия, която предлага значително по-дълъг живот, като може да бъде зареждана и разреждана поне 6000 пъти. Според екипа това е значително подобрение в сравнение с други налични на пазара батерии. Освен това тази батерия може да се зарежда в рамките на десетина минути, което отваря врати за възможности за бързо зареждане.

Екипът, ръководен от Син Ли – доцент по материалознание в Мичиганския университет представя нов подход за производство на твърдотелни батерии, използващи литиево-метален анод. Тя дава нов поглед върху материалите, използвани за създаването на тези батерии, което може да доведе до промяна в пейзажа на съхранението на енергия.

Усъвършенстван дизайн

Работата на екипа проправя пътя за разработване на жизнеспособни конструкции на твърдотелни батерии на бъдещето. Значително предизвикателство при разработването на тези батерии е растежът на дендрити върху анодната повърхност. Подобно на корени, тези структури навлизат в електролита и нарушават бариерата между анода и катода, като създават риск от късо съединение или пожар.

През 2021 година Ли и екипът му предлагат решение на проблемите, свързани с дендритите, чрез създаване на многослойна батерия с различни материали и управление на дендритите чрез ограничаване, а не чрез пълно предотвратяване. В последното си изследване екипът на Ли предотвратява образуването на дендрити, като включва в анода силициеви частици с размери само няколко микрона. Тези частици ограничават реакцията на литиране по време на зареждане, като осигуряват равномерно и дебело покритие на литиевия метален слой. За разлика от традиционните течни литиево-йонни батерии, при които литиевите йони проникват дълбоко и увреждат силициевите частици, повърхността на силиция в твърдотелната батерия ограничава реакцията на литиране.

Повишен капацитет

Първоначално изследователите разработили батерията с размер на пощенска марка. След 6000 цикъла батерията запазва 80% от капацитета си, като превъзхожда съществуващите на пазара литиеви батерии тип монета.

Службата за технологично развитие на Харвард лицензира технологията на Adden Energy – компания, чийто съосновател е Ли и трима негови възпитаници. Батерията е увеличена до размер на батерия за смартфон. Екипът идентифицира свойствата на силиция, които ограничават дифузията на литий, което позволява динамичен процес за равномерно нанасяне на литий. Въвеждайки уникален дескриптор за този процес, те го изчисляват за различни неорганични материали, разкривайки многобройни алтернативи със сходна потенциална ефективност, според изследователите.