Литий-металлические батареи характеризуются высокой плотностью энергии и могут быть альтернативой литий-ионным. Но стабильность работы у них обычно низкая, потому что электродные материалы вступают в реакцию с обычными электролитными системами.
В новых исследованиях ученые использовали комбинацию слоистого катода с низким содержанием кобальта и богатого никелем (NCM88) с анодом из металлического лития и коммерчески доступным органическим электролитом (LP30). Но в то время как катод достигал высокой плотности энергии, возникла нестабильность, и емкость накопителя с увеличением числа циклов значительно уменьшалась.
В ходе исследований удалось установить, что при использовании электролита LP30 на катоде частицы разрушаются. Внутри возникающих трещин электролит вступает в реакцию и повреждает конструкцию. Кроме того, на аноде образуется толстый покрытый «мхом» слой, содержащий литий.
С целью устранения возникающих проблем электролит LP30 был заменен на нелетучий, трудновоспламеняемый электролит с дианион-ионной жидкостью (ILE).
В результате литий-металлический аккумулятор с катодом NCM88 и электролитом ILE достигает плотности энергии 560 ватт-часов на килограмм (Вт·ч / кг), что на сегодняшний день вдвое больше, чем у лучших в своем классе литий-ионных аккумуляторов. Его начальная емкость составляет 214 мАч / г катодного материала и сохраняет 88% емкости даже после 1000 циклов заряда и разряда. Средняя кулоновская эффективность, то есть соотношение между разрядной и зарядной емкостью, составляет 99,94%.
Поскольку представленный аккумулятор также отличается высоким уровнем безопасности, новая разработка - это важный шаг на пути к углеродно-нейтральной мобильности.
Еще предстоит проделать большую работу, чтобы превратить эти многообещающие результаты лабораторных исследований в реальность, а обеспечение стабильной работы батарей с такой высокой плотностью энергии может значительно расширить возможности электрического транспорта и других устройств с питанием от батарей.
