Ученые из Института науки и технологий Тэгу Кенбук (Южная Корея) создали технологию, которая существенно увеличивает срок службы литий-металлических аккумуляторов. Эти батареи обладают большей эффективностью и безопасностью по сравнению с литий-ионными, при этом они способны поддерживать до 88,2% изначальной емкости после 200 циклов полной зарядки.
Литийионные аккумуляторы используются практически во всей современной электронике. Они применяются в гаджетах, детских игрушках, портативных электроинструментах и бытовой технике – в качестве электрохимических источников питания. Для удовлетворения растущих потребностей пользователей и развития микроэлектроники необходимо повышение энергоемкости этих аккумуляторов.
В качестве анодов в таких аккумуляторах часто применяют углеродные материалы, например графит, однако в качестве альтернативы используют металлический литий. Использование металлического лития позволяет уменьшить вес батареи и увеличить плотность энергии в десять раз.
В процессе накопления и расхода энергии батареей на электродах часто образуются металлические отложения — дендриты. Эти «отростки», подобно корням, проникают в электролит и разрушают барьер между анодом и катодом, что приводит к короткому замыканию или даже возгоранию аккумулятора. Также это затрудняет дальнейшую зарядку системы хранения энергии и уменьшает срок службы устройства.
Для решения проблемы формирования дендритов, группа ученых из Южной Кореи предложила использовать трифторметансульфонат серебра (AgCF₃SO₃, или AgTFMS) в качестве добавки к электролиту. Это позволило повысить стабильность ультратонкого анода, изготовленного из металла лития, толщиной 20 микрон.
Проведенные испытания продемонстрировали, что применение данного электролита способствует формированию двойного защитного слоя, состоящего из серебра и фторида лития, на поверхности электрода. Этот слой выполняет роль буфера, предотвращая рост дендритов. В результате, значительно увеличивается срок службы аккумулятора – в семь раз, а сохранение удельной емкости достигает 88,2% после 200 циклов заряда-разряда. Кроме того, образовавшееся покрытие обеспечивает стабильность анода и уменьшает степень износа материала.
По мнению ученых, разработанная технология должна способствовать более быстрому внедрению литий-металлических аккумуляторов в коммерческое производство. Эти аккумуляторы найдут применение в широком спектре устройств, от бытовой электроники и беспилотников до более мощных электромобилей и судов.
Научная работа опубликована в журнале Advanced Energy Materials.