Учёные нашли способ сделать литий-металлические батареи безопаснее

Сейчас учёные возлагают большие надежды на следующее поколение литий-металлических батарей. Международная исследовательская группа, возглавляемая Технологическим университетом Чалмерса, Швеция (Chalmers University of Technology, Sweden), разработала ряд рекомендаций по зарядке и эксплуатации аккумуляторов, чтобы минимизировать риск коротких замыканий и сделать использование этих батарей безопаснее.

Изображение предоставлено Технологическим университетом Чалмерса

Исследователи считают, что литий-металлические батареи вскоре смогут заменить литий-ионные, особенно в электромобилях. Одно из основных преимуществ этих батарей в том, что плотность энергии в них значительно выше. Это связано с тем, что анод аккумуляторного элемента состоит из тонкой фольги и металлического лития, а не графита (как в случае литий-ионных аккумуляторов). Это увеличивает долю активного материала и плотность энергии, а вес снижает. Использование металлического лития в качестве анода позволяет внедрять материалы с высокой ёмкостью и для катода, что увеличивает плотность энергии в 5-6 раз.

Однако большой проблемой остаётся безопасность. В двух недавно опубликованных научных статьях (в журналах Advanced Energy Materials и Advanced Science) исследователи из Технологического университета Чалмерса вместе с коллегами из России, Китая и Кореи представили метод оптимального и безопасного использования литий-металлический батарей. Учёные предлагают проектировать батареи таким образом, чтобы в процессе зарядки в металле не образовывались игольчатые структуры (или дендриты), которые обычно и вызывают короткое замыкание.

«Короткое замыкание в литий-металлических батареях обычно происходит из-за неравномерного осаждения металла в процессе зарядки и образования дендритов на аноде. Эти игольчатые структуры вызывают контакт анода и катода, поэтому важно предотвратить их образование», – объясняет Шичжао Сюн (Shizhao Xiong), учёный с кафедры физики Технологического университета Чалмерса.

Распределение лития на аноде зависит от ряда факторов. В электрохимическом процессе, который происходит во время зарядки, на структуру лития влияют плотность тока, температура и концентрация ионов в электролите. Цель учёных – создать на аноде плотную структуру из металлического лития, что повысит безопасность использования данного типа батарей, снизив вероятность коротких замыканий.