Китайские исследователи разработали литий-металлические аккумуляторы с высокой ёмкостью

Исследователи из Китая разработали литий-металлические аккумуляторы пакетной компоновки, которые имеют удельную энергию свыше 600 Вт·ч/кг. Это значительное достижение, поскольку традиционные литийионные батареи с графитовыми анодами приближаются к своему теоретическому пределу в 350 Вт·ч/кг. Повышение ёмкости аккумуляторов особенно актуально для применения в электромобилях и авиации.

Литий-металлические аккумуляторы, в отличие от своих предшественников, используют металлический литий вместо графита, что позволяет достичь более высоких показателей. Однако данная технология сталкивается с проблемами, связанными с обеспечением достаточного ресурса и безопасности, так как такие ячейки склонны к образованию литиевых дендритов и ускоренному разложению электролита при высоких напряжениях.

Китайские учёные предложили решение этих проблем, используя защитные слои на поверхности электродов. Тонкое покрытие катода защищает его от повреждений, а защитный слой на аноде помогает равномерно распределять ионы лития и предотвращает образование дендритов. Для формирования этих слоёв необходимые вещества добавляются в электролит во время изготовления аккумулятора.

Прототипы, разработанные исследователями, имеют ёмкость 10 А·ч и используют трёхкомпонентные катоды с высоким содержанием никеля, что позволило достичь удельной энергии в 550 Вт·ч/кг, сохраняя около 80 % ёмкости после 180 циклов зарядки и разрядки. Применение катода с высоким содержанием марганца увеличило этот показатель до 603 Вт·ч/кг, что в полтора раза превышает характеристики лучших серийных литийионных аккумуляторов.

Тем не менее, технология всё ещё находится на стадии исследования, и ресурс в 180 циклов является слишком низким для большинства коммерческих приложений. Ожидается, что потребуется время, прежде чем подобные батареи появятся в серийных электромобилях или авиационных аппаратах. В то же время, компания CATL, крупнейший производитель тяговых аккумуляторов, продолжает исследовать новые химические системы, включая литий-воздушные аккумуляторы с потенциальной удельной энергией до 12 000 Вт·ч/кг.