В епоха, в която търсенето на ефикасно и устойчиво съхранение на енергия е в своя пик, новаторска разработка от Училището по инженерство и приложни науки към Харвардския университет постави нов стандарт в областта на батерийните технологии. Изследователите представиха нова литиево-метална батерия, способна да издържи поне 6000 цикъла на зареждане и разреждане и която може да се зареди напълно само за минути. Това революционно развитие не само обещава да трансформира начина, по който използваме батериите, но и проправя пътя за по-практични приложения в индустрии като електрическите превозни средства.
В основата на това изследване е производството на твърдотелни батерии с помощта на литиево-метални аноди – метод, който предлага нови прозрения за материалите за потенциално революционни батерии. Изследването, публикувано наскоро в „Nature Materials“, подчертава значителния напредък, постигнат в разбирането и използването на литиево-метални аноди. Син Ли, авторът на статията, отбелязва: „Литиево-металните анодни батерии се считат за Светия граал на батериите. Те притежават капацитет десет пъти по-голям от този на търговските графитни аноди, което потенциално увеличава значително пробега на електрическите превозни средства. Нашето изследване бележи жизненоважна стъпка към по-практични твърдотелни батерии в промишлени и търговски приложения.“
Едно от най-големите предизвикателства при проектирането на тези батерии е образуването на дендрити върху повърхността на анода. Тези кореноподобни структури растат в електролита, пробивайки бариерата, която разделя анода и катода, което води до късо съединение в батерията и дори пожари. През 2021 г. Ли и екипът му се справят с този проблем, като проектират многослойна батерия, впръсквайки различни материали с различна стабилност между анода и катода. Този многослоен, мултиматериален дизайн не блокира напълно литиевите дендрити, но контролира и ограничава проникването им.
В последното си изследване екипът е постигнал допълнителен напредък, като е включил силициеви частици с размер на микрометър в анода. Този подход свива литийната реакция и насърчава равномерното галванопластика на дебел литиев метал, като ефективно предотвратява образуването на дендрити. Освен това, процесите на галванопластика и оголване могат да се извършват бързо върху плоски повърхности, което позволява батерията да бъде напълно заредена само за 10 минути.
Експерименталната фаза доведе до създаването на торбичка-батерия с размерите на пощенска марка, 10 до 20 пъти по-голяма от повечето батерии тип „монета“, произвеждани в университетски лаборатории. Забележително е, че тази батерия е запазила 80% от капацитета си дори след 6000 цикъла, превъзхождайки други торбички-батерии, предлагани на пазара в момента.
Тази иновация от Харвард е повече от просто академично постижение; тя означава голям скок напред в технологията на батериите. С подобрения си капацитет, безопасност и ефективност, литиево-металната батерия, разработена от Ли и неговия екип, има потенциала да революционизира съхранението и използването на енергия, особено в електрическите превозни средства, отбелязвайки важен етап в нашето пътуване към по-устойчиво и енергийно ефективно бъдеще.
Време на публикуване: 12 януари 2024 г.
