Китайські вчені створили літій-металеву батарею з щільністю енергії понад 600 Вт·год/кг та високою стабільністю
Китайські дослідники зробили новий крок у розвитку акумуляторних технологій. Вчені розробили літій-металеву батарею нового покоління, яка поєднує щільність енергії понад 600 Вт·год/кг із підвищеною стабільністю роботи. Така технологія може стати основою для майбутніх електромобілів із набагато більшим запасом ходу, а також для авіації, дронів та інших видів транспорту, де кожен кілограм ваги має значення.
Нова розробка пов’язана зі створенням більш стабільної хімії літій-металевих акумуляторів. На відміну від звичайних літій-іонних батарей, де використовується графітовий анод, у таких елементах застосовується металевий літій, який здатний зберігати значно більше енергії.
Саме тому літій-металеві акумулятори вважаються одним із найперспективніших напрямів розвитку батарей наступного покоління. Теоретично вони можуть значно перевищити можливості сучасних комерційних акумуляторів, але до цього часу головними проблемами залишалися безпека, швидкий знос та нестабільність під час тривалої експлуатації.
Китайська команда дослідників запропонувала новий підхід до керування структурою електроліту. Вчені використали спеціальну систему добавок, яка формує стабільніший захисний шар навколо літієвого електрода. Це дозволяє зменшити побічні реакції та збільшити ресурс батареї.
Головною проблемою літій-металевих батарей є утворення так званих дендритів. Під час заряджання на поверхні літієвого анода можуть виникати голчасті структури, які здатні пошкоджувати внутрішні шари акумулятора та створювати ризик короткого замикання.
Нова технологія дозволяє контролювати процес осадження літію та формувати більш рівномірний захисний шар. Завдяки цьому батарея стає стабільнішою та безпечнішою під час високих навантажень.
За даними дослідників, нова літій-металева акумуляторна комірка досягла рівня 600 Вт·год/кг, що приблизно вдвічі перевищує показники багатьох сучасних серійних батарей електромобілів.
Така щільність енергії може повністю змінити можливості електромобілів. Автомобіль із батареєю аналогічного розміру зможе проїжджати значно більше кілометрів без збільшення маси акумулятора.
Сьогодні виробники електромобілів переважно використовують літій-іонні батареї на основі технологій LFP та NMC. Вони добре вивчені та підходять для масового виробництва, але мають обмеження щодо енергетичної щільності.
Літій-металеві батареї можуть стати наступним етапом розвитку, оскільки металевий літій має значно більшу ємність порівняно з традиційними матеріалами анода.
Проте висока щільність енергії — це лише частина завдання. Для використання в автомобілях батарея повинна витримувати сотні й тисячі циклів заряджання, працювати при різних температурах та відповідати суворим вимогам безпеки.
Саме стабільність є головним досягненням нової розробки. Раніше багато лабораторних літій-металевих батарей демонстрували високі характеристики лише у невеликих експериментальних комірках, але швидко втрачали ємність під час реальної експлуатації.
Нова технологія показує, що вчені поступово наближають літій-металеві акумулятори до практичного використання. Розробники вважають, що такі батареї особливо перспективні для сфер, де потрібна максимальна енергоефективність.
Одним із головних напрямів застосування може стати електрична авіація. Для літаків, аеротаксі та безпілотників вага акумулятора є критично важливим фактором. Батареї з щільністю понад 600 Вт·год/кг можуть значно збільшити дальність польоту.
Також технологія може бути затребувана у преміальних електромобілях. Виробники зможуть створювати автомобілі з великим запасом ходу без встановлення величезних і важких батарейних блоків.
Китай активно інвестує у розвиток акумуляторних технологій. Окрім літій-металевих батарей, місцеві компанії працюють над твердотільними акумуляторами, натрій-іонними технологіями та надшвидким заряджанням.
Однак до масового використання літій-металевих батарей у серійних автомобілях ще необхідно вирішити кілька завдань. Серед них — вартість виробництва, довговічність, масштабування технології та стабільність якості кожної комірки.
Попри це новий результат показує, що розвиток акумуляторів рухається дуже швидко. Якщо сучасні електромобілі вже можуть конкурувати з автомобілями з двигунами внутрішнього згоряння, то батареї з щільністю енергії понад 600 Вт·год/кг можуть відкрити новий етап розвитку електричного транспорту.
У майбутньому такі акумулятори можуть зробити електромобілі легшими, збільшити їх запас ходу до рівня автомобілів із ДВЗ та наблизити момент, коли зарядка й дальність поїздки перестануть бути головними обмеженнями для покупців.