Ученые армии США разработали защитный слой для литий-ионных батарей, способный к самовосстановлению. Он существенно замедляет процесс разрушения электролита и кремниевого анода. Изобретение способно увеличить срок службы аккумуляторов следующего поколения в разы, а также сделать электроды намного тоньше, а это уменьшит вес батарей и ускорит процесс их зарядки.
Один из способов увеличения производительности аккумуляторов – повышение емкости анода и катода, пишет 24.
В литий-ионных батареях обычно графитовые аноды, вместимость которых около 370 мАч за грамм. Аноды из кремния могут выдать минимум в четыре раза больше – от 1500 до 2800 мАч, однако разрушаются намного быстрее. Причина в том, что в отличие от графита, кремний расширяется и сокращается во время работы батареи. Из-за этого трескается защитный слой (SEI), окружающий анод.
Эта пленка формируется естественным путем, когда частицы анода вступают в контакт с электролитом. Возникает барьер, препятствующий дальнейшим реакциям и отделяющий анод от электролита. Но когда защитный слой поврежден, доли анода вступают в реакцию с электролитом непрерывно. Ученые уже пытались решить эту проблему, создав пленку, которая расширяется вместе с кремниевым анодом, но этот метод все равно вызывает деградацию электролита.
Команда исследователей из Университета Мэриленда и Исследовательской лаборатории армии США решила попробовать другой подход. Они разработали настолько жесткий барьер, что он не ломается даже когда анод расширяется. Эта пассивная пленка из фторида лития значительно снижает деградацию электролита.
Во время испытаний новая конструкция батареи показала 99,9-процентную кулоновскую эффективность. Это означает, что в каждом цикле всего 0,1% энергии теряется в процессе деградации электролита.
Для сравнения, в обычных литий-ионных батареях этот показатель равен 99,5%. Разница кажется незначительной, но на практике она означает, что срок службы увеличивается более чем в пять раз. Кроме того, такая конструкция позволяет производить электроды намного тоньше, что существенно ускоряет процесс зарядки, а сама батарея становится легче.
Читайте: Нобелевскую премию по химии присудили за литий-ионные батареи
