Литий-металлические батареи одни из самых многообещающих среди множества вариантов, с которыми экспериментируют ученые. У них отличная плотность энергии, но есть критический недостаток — быстрое формирование дендритов, отрицательно влияющих на производительность аккумулятора. Специалисты из США нашли решение этой проблемы в виде порошка, который наносится на поверхность электродов и защищает их, обеспечивая большую емкость батареи и удержание сверхнизкой поляризации.
В литий-металлической батарее вместо графитового анода, как в литий-ионной, применяется анод из чистого лития. Этот материал обеспечивает элементу питания очень высокую энергетическую плотность, позволяя аккумулятору заряжаться намного быстрее и увеличивая его емкость. Но заставить его работать бесперебойно длительное время пока не удается. От цикла к циклу на аноде литий-металлической батареи начинают расти дендриты, вызывая короткое замыкание или даже возгорание.
Ученые из Университета Райс предлагают новое решение — создание на аноде шероховатой поверхности с последующим нанесением порошка из фосфора и серы. Вступая в реакцию с металлическим литием, он образует тонкий защитный слой, который меняет свойства поверхности.
«Порошок создает композитную поверхность, предотвращающую потерю металлического лития из анода, главную проблему литий-металлических батарей, — сказал Джеймс Тур, руководитель проекта. — Литий-металлические батареи намного превосходят емкость традиционных литий-ионных, но металлический литий часто сложно перезаряжать».
Образовавшаяся на поверхности анода пленка способствует более долгому сроку службы аккумулятора. Разработчики провели испытания в ходе 340 циклов зарядки-разрядки, после которых элемент сохранил на 70% больше емкости, чем новейшие батареи. Также пленка хорошо показала себя по отношению к другой ключевой характеристике деградации батареи, удержав сверхнизкую поляризацию на протяжении более чем 4000 часов работы — это примерно в 8 раз дольше, чем аноды без пленки.
Предложенный метод упрощает производство аккумуляторов и повышает их качества, заявили авторы исследования.
