Новый метод увеличил емкость аккумуляторов на 60%
Спрос на батареи, которые запасают больше энергии и работают дольше, растет — они нужны для электромобилей, дронов и систем хранения энергии.
Но у современных литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) есть серьезная проблема: нестабильный контакт между электродами и электролитом.
Сейчас в смартфонах и ноутбуках чаще всего используют графитовые аноды. Они стабильны, но их емкость ограничена. Кремний может хранить в десять раз больше лития, и это делает его перспективным материалом для аккумуляторов нового поколения. Однако у него есть большой минус — при зарядке и разрядке он разбухает и сжимается, увеличиваясь в объеме в три раза. Из-за этого между электродом и электролитом образуются зазоры, и батарея быстро теряет эффективность.
Ученые пытались решить проблему, заменяя жидкий электролит на твердый или условно-твердый (QSSE). Это улучшает стабильность, но при расширении кремния контакт все равно нарушается.
Теперь корейские исследователи из POSTECH и Университета Соган предложили новый метод — In Situ Interlocking Electrode–Electrolyte (IEE).
В этой системе электрод и электролит не просто соприкасаются, а образуют прочные химические связи, как кирпичи, скрепленные раствором.
Даже при сильном расширении кремния соединение остается стабильным.
Результаты опубликованы в издании Advanced Science.
Тесты показали, что обычные батареи теряют емкость уже после нескольких циклов, а IEE-система сохраняет работоспособность. Показатели впечатляют:
- Удельная энергия — 403,7 Вт·ч/кг (на 60% выше, чем у коммерческих ЛИА).
- Объемная плотность энергии — 1300 Вт·ч/л (почти вдвое больше).
Это значит, что электромобили смогут проезжать больше без подзарядки, а смартфоны — работать дольше.
Наше исследование открывает путь к батареям с высокой емкостью и долгим сроком службы, — говорит профессор Пак Суджин из POSTECH.
Технология IEE ускорит коммерциализацию кремниевых аккумуляторов, — добавляет профессор Рю Джегон из Университета Соган.
Этот прорыв решает две ключевые проблемы:
- Энергоемкость — кремний хранит больше энергии, чем графит, но раньше его нельзя было использовать из-за нестабильности. Теперь можно.
- Долговечность — химическая связь между электродом и электролитом предотвращает разрушение, что продлевает жизнь батареи.
Это особенно важно для электромобилей и возобновляемой энергетики, где нужны мощные и долговечные аккумуляторы.
Пока неясно, насколько технология масштабируема и дешева в производстве. Кремний дороже графита, а процесс создания химических связей может усложнить сборку.
Ранее ученые заявили, что на смену графитовым анодам придет песок.
