Разработан полужидкий металлический анод для аккумуляторов следующего поколения

24 Июн 2019

Исследователи из Меллонского колледжа наук Университета Карнеги-Меллона и Технического колледжа разработали полужидкий анод на основе металлического лития, который представляет собой новую парадигму в конструкции батареи. Литиевые батареи, изготовленные с использованием этого нового типа электродов, могут иметь более высокую емкость и быть намного безопаснее, чем обычные литиевые батареи на основе металла, в которых в качестве анода используется литиевая фольга.

Литиевые батареи являются одним из наиболее распространенных типов аккумуляторов, используемых в современной электронике, благодаря их способности накапливать большое количество энергии. Традиционно эти батареи изготавливаются из горючих жидких электролитов и двух электродов, анода и катода, которые разделены мембраной. После многократной зарядки и разрядки батареи на поверхности электрода могут образовываться нити лития, называемые дендритами. Дендриты могут проникать через мембрану, которая разделяет два электрода. Это обеспечивает контакт между анодом и катодом, что может вызвать короткое замыкание аккумулятора и, в худшем случае, загореться.

Одним из предлагаемых решений для летучих жидких электролитов, используемых в современных батареях, является замена их твердыми керамическими электролитами. Эти электролиты обладают высокой проводимостью, негорючи и достаточно прочны, чтобы противостоять дендритам. Тем не менее, исследователи обнаружили, что контакт между керамическим электролитом и твердым литиевым анодом недостаточен для хранения и подачи количества энергии, необходимого для большей части электроники.

Сипей Ли, докторант на химическом факультете Карнеги-Меллона, и Хан Ванг, докторант на кафедре материаловедения и инженерии Карнеги-Меллона, смогли преодолеть этот недостаток, создав новый класс материалов, который можно использовать в качестве полужидкого металлического анода.

Ли и Ванг создали двухпроводящую полимерно-углеродную композитную матрицу, в которой микрочастицы лития равномерно распределены по всей поверхности. Матрица остается текучей при комнатной температуре, что позволяет ей создавать достаточный уровень контакта с твердым электролитом. Комбинируя полужидкий металлический анод с твердым керамическим электролитом на основе граната, они смогли задействовать элемент в 10 раз более высокой плотности тока, чем элементы с твердым электролитом и традиционным анодом из литиевой фольги.

Исследователи полагают, что их метод может иметь далеко идущие последствия. Например, его можно использовать для создания аккумуляторов большой емкости для электромобилей и специализированных аккумуляторов для использования в носимых устройствах, которые требуют гибких аккумуляторов. Они также полагают, что их методы могут быть распространены за пределы лития на другие системы перезаряжаемых батарей, включая натрий-металлические батареи и калий-металлические батареи, и могут быть использованы для хранения энергии в масштабе сети.

Источники: https://www.elec.ru, https://www.cmu.edu/mcs/news-events/2019/0612-semiliquid-anode.html

Вы должны войти, чтобы оставлять комментарии.

© 2019 Журнал "Украина Электро"