Управляемый литий батарей с полимерным электролитом SEI

Управляемый литий батарей с полимерным электролитом SEI

Как утверждают исследователи «Penn State», перезаряжаемые литий-металлические батареи, обладающие повышенной плотностью энергии, производительностью и, к тому же безопасные, вполне допустимы к массовому производству. Такое утверждение обусловлено недавно разработанной новой технологией твердого электролита (SEI – Solid Electrolyte Interphase). Спрос на аккумуляторные батареи подобного типа, обладающие высокой плотностью энергии, очень высок. Затрагивает сферы электромобилей, смартфонов, беспилотных летательных аппаратов и т.п.

Критическая стабильность SEI

Ранние технологические проекты демонстрировали критическую стабильность SEI, что виделось существенным препятствием к продвижению конструкций. Основной проблемой отмечалось образование слоя солей на поверхности литиевого электрода батареи, который способствовал изоляции проводимости ионов лития.

Этот технологически важный слой, естественным образом формируется в результате реакции между литием и электролитом, включёнными в состав конструкции аккумулятора. Но реакционное поведение этого слоя вызывает массу проблем. Одна из наименее понятных особенностей литий-металлических батарей — деградация SEI, способствующая развитию дендритов,  представляющих собой игольчато-подобные образования.

Такого рода образования «растут» на структуре литиевого электрода батареи и отрицательно влияют на производительность и безопасность конструкции АКБ в целом. И вот, группа исследователей «Penn State» опубликовала новый подход к решению проблемы на страницах «Nature Materials».

Если говорить кратко, новый проект предполагает использование полимерного композита с целью создания значительно улучшенной структуры SEI. Усовершенствованная структура SEI представляет собой химически активный полимерный композит, содержащий:

  • полимерные соли лития,
  • наночастицы фторида лития,
  • листовой оксид графена.

Новая конструкция компонента модернизированной аккумуляторной батареи содержит тонкие слои упомянутых материалов. Именно полимер на основе тонколистовой структуры реагирует удачно, образуя когтистую связь с поверхностью металлического лития.

Пассивная реакция с поверхностью лития исключает реакцию с молекулами электролита. Наноразмерные листы композита действуют как механический барьер для предотвращения образования дендритов из металлического лития.

Отказ от традиционной химии

Как химический, так и технически новый подход обустройства связи между полями позволил технологичнее контролировать поверхность лития в атомном масштабе. Когда разрабатываются аккумуляторы, обязательно рассматривается химия, вплоть до молекулярного уровня. В данном случае традиции пришлось несколько изменить.

Следует отметить: реакционно-способный полимер, кроме всего прочего, способствует уменьшению веса и стоимости производства, что делает будущее литий-металлических батарей ещё более светлым. Стабильный SEI фактически удвоит удельную энергию аккумуляторных источников питания. При этом АКБ обещают стать более долговечными и безопасными.


При помощи информации: PSU