Ученые рассматривают несколько вариантов аккумуляторов будущего, которые могли бы прийти на смену литий-ионным. Один из них – литий-металлические батареи, обещающие отличную плотность энергии, необходимую для увеличения запаса хода электромобилей и аэротакси. Исследовательская группа из США сделала значительный шаг вперед в этом направлении, разработав литий-металлическую батарею, которая выдерживает рекордное число циклов заряда и разряда. Следующая цель – увеличить плотность энергии этой батареи до недостижимых для литий-ионных аккумуляторов 500 Вт*ч/кг.
От литий-ионной батареи литий-металлические отличаются тем, что анод у них не графитовый, а из чистого металлического лития, который может накапливать в 10 раз больше энергии. Однако не все так просто – проблема в том, что литий-металлические аккумуляторы получаются слишком недолговечными. Одна из причин – комплексные реакции, которые происходят вокруг анода. Они затрагивают тонкую пленку на электроде, твердоэлектролитную интерфазу. Эта пленка контролирует молекулы, которые проникают в анод из раствора электролита. Ее изучением занялись ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.
В качестве основы для анода ученые взяли очень тонкие полоски лития, каждый шириной всего 20 микрон, намного тоньше человеческого волоса. Элемент питания с таким анодом показал значительную плотность энергии: 350 Вт*ч/кг. Лучшие литий-ионные батареи сегодня обладают плотностью от 250 до 300 Вт*ч/кг.
В ходе испытаний такая батарея сохранила 76% емкости после рекордных 600 циклов. Два года назад та же группа исследователей демонстрировала литий-металлический аккумулятор, выдерживающий только 200 циклов. По мнению ученых, прогресс объясняется тем, что более тонкие полоски лития дают лучший показатель твердоэлектролитной интерфазы.
Следующий рубеж, который надеются взять ученые, – достижение плотности энергии в 500 Вт*ч/кг.