ACS Energy Letters: Новую батарею можно резать, можно бить — все равно работает

В большинстве аккумуляторов для портативных устройств используется литий-ионная технология. Но у таких батарей есть проблемы со сроком службы и безопасностью: они могут загореться при повреждении.

Исследователи предложили решение — литий-серную батарею с улучшенным катодом из сульфида железа. Один прототип сохраняет стабильность после 300 циклов заряда-разряда, а другой продолжает работать даже после сгибания или разрезания.

Исследователи предложили использовать серу в литий-ионных батареях из-за её низкой стоимости и способности удерживать больше энергии, чем другие материалы.

Чтобы сделать такие батареи устойчивыми к высоким температурам, ранее предлагалось использовать электролит на основе карбоната для разделения катода из сульфида железа и анода с литием. Но при растворении сульфид образует осадок, который снижает ёмкость элемента.

Липинг Ванг и его коллеги решили выяснить, можно ли добавить слой между катодом и электролитом, чтобы предотвратить коррозию без потери функциональности и возможности перезарядки.

Команда покрыла катоды из сульфида железа полимерами и протестировала их.

Оказалось, что полиакриловая кислота (ПАА) лучше всего сохраняет разрядную ёмкость электрода после 300 циклов заряда-разряда. Затем исследователи включили катод с покрытием из ПАА в прототип батареи. В него также входили:

• электролит на основе карбоната;
• металлическая литиевая фольга как источник ионов;
• анод на основе графита.

Далее команда изготовила прототипы батарей в виде мешочка и монетного элемента и испытала их.

После более чем 100 циклов заряда-разряда учёные не заметили снижения ёмкости в мешочном элементе. Эксперименты показали, что элемент продолжал работать даже после того, как его сложили и разрезали пополам.

Монетный элемент сохранил 72% своей ёмкости после 300 циклов. Затем на катоды из других металлов нанесли полимерное покрытие, создав литий-молибденовые и литий-ванадиевые батареи. Эти элементы также имели стабильную ёмкость на протяжении 300 циклов.

Результаты показывают, что катоды с покрытием могут создавать безопасные и долговечные Li-S батареи, а также эффективные батареи с сульфидами других металлов.

Результаты опубликованы в издании ACS Energy Letters.

13.09.2024