Китайские учёные разработали прототипы литий-металлических аккумуляторов пакетной компоновки, показавшие рекордную удельную энергию — более 600 Вт·ч/кг. В экспериментальных ячейках ёмкостью 10 А·ч с никель-марганцевым катодом (NMC) удалось достичь показателя 550 Вт·ч/кг, а после доработки с катодом с повышенным содержанием марганца — уже 603 Вт·ч/кг.
После 180 циклов заряда-разряда батареи сохранили около 80% первоначальной ёмкости. Это примерно в полтора раза превышает характеристики лучших серийных литийионных аккумуляторов, которые уже приближаются к теоретическому пределу удельной энергии — около 350 Вт·ч/кг.
Литий-металлические аккумуляторы считаются одним из самых перспективных направлений развития накопителей энергии. В отличие от традиционных литийионных батарей, здесь вместо графитового анода применяется металлический литий, что потенциально позволяет значительно увеличить плотность энергии.
Однако массовому внедрению технологии мешают серьёзные препятствия: ускоренное разложение электролита и образование литиевых дендритов, особенно при высоких рабочих напряжениях. Это создаёт риски для безопасности и снижает ресурс батарей.
Для решения этих проблем исследователи предложили формировать на электродах специальные защитные слои. Тонкоплёночное покрытие катода предохраняет его от повреждений при высоком напряжении, а защитный слой на литиевом аноде обеспечивает более равномерный перенос ионов и подавляет рост дендритов.
Необходимые для формирования защитных слоёв компоненты добавляются непосредственно в электролит на этапе изготовления ячейки.
Крупнейший мировой производитель тяговых аккумуляторов CATL параллельно исследует и другие перспективные химические системы. Ранее компания заявляла о разработке литий-воздушных батарей с теоретической удельной энергией до 12 000 Вт·ч/кг — этот показатель приближается к энергетической плотности жидкого углеводородного топлива.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Как отмечает издание CarNewsChina, увеличение удельной энергии критически важно не только для электромобилей, но и особенно для авиации, где вес источников питания играет решающую роль.
Пока технология находится на исследовательской стадии. Ресурс в 180 циклов заряда-разряда слишком мал для большинства практических применений, поэтому до появления подобных аккумуляторов в серийных электромобилях или летательных аппаратах может пройти ещё немало времени.