Гарвардские ученые представили твердотельный литиевый аккумулятор, который можно заряжать и разряжать не менее 10 000 раз
Американские ученые создали новую конструкцию твердотельного литий-металлического аккумулятора, которая позволяет избежать образования дендритов, врастающих в электролит. Их многослойная батарея потенциально может заряжать электромобили в течение 10-20 минут.
Первый электролит (зеленый) более стабилен с литием, но подвержен проникновению дендритов. Второй электролит (коричневый) менее устойчив к литию, но невосприимчив к дендритам. В этой конструкции дендритам позволено расти через графит и первый электролит, но они останавливаются, когда достигают второго электролита.
Исследователи из Гарварда утверждают, что разработали литий-металлический твердотельный аккумулятор с улучшенной стабильностью и повышенной способностью предотвращать проникновение дендритов лития (Li).
«Наше исследование показывает, что твердотельный аккумулятор может принципиально отличаться от коммерческого литий-ионного аккумулятора с жидким электролитом», — говорит исследователь Синь Ли. «Изучив их фундаментальную термодинамику, мы сможем разблокировать превосходную производительность и использовать их богатые возможности».
По словам ученых, твердотельный аккумулятор может заряжаться и разряжаться не менее 10 000 раз при высокой плотности тока. Его многослойная конструкция описывается как структура, в которой менее стабильный электролит помещен между более стабильными твердыми электролитами, способными предотвратить рост дендритов лития. Затем эта архитектура была объединена с коммерческим катодным материалом с высокой плотностью энергии.
«Представьте себе батарею как сэндвич BLT», — объясняет группа из Гарварда. «Сначала идет хлеб — металлический литиевый анод, затем салат — покрытие из графита. Затем слой помидоров — первый электролит — и слой бекона — второй электролит. В завершение — еще один слой помидоров и последний кусок хлеба — катод».
Первый электролит, который академики обозначили химическим названием Li5.5PS4.5Cl1.5, или LPSCI, более устойчив к литию, но подвержен проникновению дендритов. Напротив, второй, получивший название Li10Ge1P2S12, или LGPS, более защищен от дендритов, несмотря на меньшую стабильность по отношению к литию. При такой конфигурации дендриты могут проходить через графит и первый электролит, но останавливаются прямо перед вторым.
«Циклические характеристики литиевого металлического анода в паре с катодом LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 очень стабильны: 82% сохранения емкости после 10 000 циклов при температуре 20C и 81,3% сохранения емкости после 2 000 циклов при скорости 1,5C», — подчеркнули ученые. «Наша конструкция также позволяет достичь удельной мощности 110,6 киловатт на килограмм и удельной энергии до 631,1 ватт-часов на килограмм на уровне микрометрового размера материала катода».
Аккумулятор , по словам ученых, также обладает свойствами самовосстановления, поскольку она должна быть способна заполнять дыры, созданные дендритами. Его создатели утверждают, что он способен заряжать электромобили в течение 10-20 минут.