Може ли електрическо превозно средство да пропътува 800-1000 километра с едно зареждане? Могат ли шофьорите да спрат да се тревожат за заряда на батерията дори през зимата? Корейски изследователски екип направи важна стъпка към отговора на тези въпроси, като разработи безанодна литиево-метална батерия, която може да осигури почти двоен пробег, използвайки същия обем на батерията.
Корейски изследователски екип успешно постигна обемна енергийна плътност от 1270 Wh/L в безанодна литиево-метална батерия. Показателят е почти два пъти по-висок от този на настоящите литиево-йонни батерии, използвани в електрическите превозни средства, които обикновено доставят около 650 Wh/L.
Безанодната литиево-метална батерия елиминира напълно конвенционалния анод. Вместо това литиевите йони, съхранявани в катода, се движат по време на зареждане и се отлагат директно върху меден токоприемник.
Чрез премахване на анода се отваря повече вътрешно пространство, което да бъде посветено на съхранението на енергия – нещо като да се побере двойно повече гориво в резервоара за бензин.
Новият дизайн обаче е свързан със сериозни предизвикателства. Ако литият се отлага неравномерно, могат да се образуват остри игловидни структури, известни като дендрити, което увеличава риска от късо съединение и потенциална опасност от пожар.
Освен това многократното зареждане и разреждане също може да повреди литиевата повърхност, съкращавайки живота на батерията.
За да се справи с тези проблеми, изследователският екип е приложил „двойна стратегия“, комбинираща обратим хост (RH) и проектиран електролит (DEL).
Обратимият хост се състои от полимерна рамка, вградена с равномерно разпределени сребърни (Ag) наночастици, насочвайки лития така, че да се отлага на точно определени места, а не произволно. С други думи, той действа като специален „паркинг“ за лития, осигурявайки подредено и равномерно отлагане.
Проектираният електролит допълнително подобрява стабилността, като образува тънък, но здрав защитен слой, съставен от Li₂O и Li₃N, върху литиевата повърхност. Този слой функционира като превръзка върху кожата, предотвратявайки вредния растеж на дендрити, като същевременно поддържа отворени пътищата за транспорт на литиеви йони.
В комбинация, системата RH-DEL осигурява изключителна производителност. Тя позволява да се достигне рекордната обемна енергийна плътност от 1270 Wh/L в литиево-метални батерии без аноди.
Високата производителност е валидирана не само в малки лабораторни клетки, но и в батерии тип „торбичка“, които са по-близки до реалните приложения в електрическите превозни средства. Дори с минимално количество електролит и при ниско налягане батериите работят стабилно.
Изпитанията демонстрират силен потенциал за намаляване на теглото и обема на батерията, като същевременно се намаляват производствените разходи, значително подобрявайки търговската жизнеспособност.
„Тази разработка представлява значим пробив, като едновременно се справя с проблемите, свързани с ефективността и живота на литиево-металните батерии без аноди,“ казва професор Суджин Парк от катедрата по химия в POSTECH, който е разработил новия модел заедно с колеги от KAIST и Националния университет Кьонсан.
