Заряджається за лічені хвилини: вчені Гарварду розробили інноваційний твердотільний акумулятор

Дослідники з Гарвардського університету розробили новий твердотільний акумулятор, який можна заряджати за 10 хвилин. Зазначається, що літій-металева батарея, розроблена вченими в Гарвардській школі інженерії та прикладних наук імені Джона А. Полсона, також може заряджатись та розряджатись принаймні 6000 разів – більше, ніж будь-яка інша тягова батарея.

Дослідження, опубліковане в Nature Materials, описує новий спосіб виготовлення твердотільних батарей з літієвим металевим анодом. Сінь Лі, доцент кафедри матеріалознавства, зазначив, що акумулятори з літієвим металевим анодом вважаються “святим граалем” у світі акумуляторів, оскільки вони мають у десять разів більшу ємність, ніж комерційні графітові аноди, і можуть значно збільшити запас ходу електромобілів.

Однією з найбільших проблем при розробці твердотільних батарей є утворення дендритів на поверхні анода. Дендрити – це виступи металу, які можуть накопичуватися на поверхні літію та проростати, як коріння, в електроліт. Вони пробивають бар’єр, який розділяє анод і катод, спричиняючи коротке замикання або навіть займання батареї.

Дендрити утворюються, коли іони літію рухаються від катода до анода під час заряджання, прикріплюючись до поверхні анода в процесі, який називається покриттям. Це створює нерівну, неоднорідну поверхню на аноді, і дозволяє дендритам прижитися.

Під час розряду це покриття, схоже на наліт, потрібно зняти з анода, а коли покриття нерівномірне, процес зняття може бути повільним і призвести до вибоїн, які спричинять ще більш нерівномірне покриття під час наступної зарядки.

У 2021 році команда розробила багатошарову батарею, яка містить різні матеріали різної стабільності між анодом і катодом. Ця конструкція запобігала проникненню літієвих дендритів, контролюючи та стримуючи їх, але це не зупиняло їх повністю. Але в цьому останньому дослідженні дослідники зупиняють утворення дендритів, використовуючи частинки кремнію мікронного розміру в аноді для обмеження реакції літіювання та сприяння гомогенному покриттю товстого шару металевого літію.

За проектом дослідників з Гарварду, коли іони літію рухаються від катода до анода під час заряджання, реакція літіювання звужується на дрібній поверхні, і іони прикріплюються до поверхні частинки кремнію, але не проникають далі.

Управління технологічного розвитку Гарвардського університету надало ліцензію на технологію Adden Energy, дочірній компанії Гарвардського університету, співзасновниками якої були Лі та три випускники Гарвардського університету. Компанія Adden Energy розширила технологію для створення акумуляторної батареї розміром зі смартфон.

Нагадаємо, як раніше повідомляв AUTOGEEK, Hyundai запатентував твердотільні акумуляторні батареї для електромобілів.

Подобається контент? Підтримай Autogeek на Patreon!