Гарвардські вчені представили твердотільний літієвий акумулятор, який можна заряджати та розряджати не менше 10 000 раз

Американські вчені створили нову конструкцію літій-металевих твердотільних акумуляторів, яка дозволяє уникнути утворення дендритів, вростають в електроліт. Їх багатошарова батарея потенційно може заряджати електромобілі протягом 10-20 хвилин.

Перший електроліт (зелений) більш стабільний з літієм, але схильний до проникненню дендритів. Другий електроліт (коричневий) менш стійкий до літію, але несприйнятливий до дендритам. У цій конструкції дендритам дозволено рости через графіт і перший електроліт, але вони зупиняються, коли досягають другого електроліту.

Дослідники з Гарварду стверджують, що розробили літій-металевий твердотільний АКБ з поліпшеною стабільністю і підвищеною здатністю запобігати проникнення дендритів літію (Li).

“Наше дослідження показує, що твердотільний акумулятор може принципово відрізнятися від комерційного літій-іонного акумулятора з рідким електролітом”, – говорить дослідник Синь Лі. “Вивчивши їх фундаментальну термодинаміку, ми зможемо розблокувати чудову продуктивність і використовувати їх багаті можливості”.

За словами вчених, акумулятор можна заряджати та розряджати не менше 10 000 разів при високій щільності струму. Його багатошарова конструкція описується як структура, в якій менш стабільний електроліт поміщений між більш стабільними твердими електролітами, здатними запобігти зростанню дендритів літію. Потім ця архітектура була об’єднана з комерційним катодних матеріалом з високою щільністю енергії.

“Уявіть собі батарею як сендвіч BLT”, – пояснює група з Гарварда. “Спочатку йде хліб – металевий літієвий анод, потім салат – покриття з графіту. Потім шар помідорів – перший електроліт – і шар бекону – другий електроліт. На завершення – ще один шар помідорів і останній шматок хліба – катод”.

Перший електроліт, який академіки позначили хімічним назвою Li5.5PS4.5Cl1.5, або LPSCI, більш стійкий до літію, але схильний до проникненню дендритів. Навпаки, другий, який отримав назву Li10Ge1P2S12, або LGPS, більш захищений від дендритів, незважаючи на меншу стабільність по відношенню до літію. При такій конфігурації дендрити можуть проходити через графіт і перший електроліт, але зупиняються прямо перед другим.

“Циклічні характеристики літієвого металевого анода в парі з катодом LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 дуже стабільні: 82% збереження ємності після 10 000 циклів при температурі 20C і 81,3% збереження ємності після 2 000 циклів при швидкості 1,5C “, – підкреслили вчені. “Наша конструкція також дозволяє досягти питомої потужності 110,6 кіловат на кілограм і питомої енергії до 631,1 ват-годин на кілограм на рівні мікрометрового розміру матеріалу катода”.

Акумулятор, за словами вчених, також має властивості самовідновлення, оскільки вона повинна бути здатна заповнювати діри, створені дендритами. Його творці стверджують, що він здатний заряджати електромобілі протягом 10-20 хвилин.