Новые литий-металлические батареи избавились от дендритов

Новый аккумулятор сохраняет литий в уникальном аноде, гибриде графена и углеродных нанотрубок. Впервые он был создан специалистами Университета Райса в 2012 году и представляет из себя трехмерную углеродную поверхность, на которой достаточно места для лития. Сам анод приближается к теоретическому максимуму хранения литий-металла, при этом противодействует образованию кристаллических дендритов и «мшистых» отложений.

Дендриты не позволяют заменить литий-ионные батареи более эффективными литий-металлическими, которые работают дольше и заряжаются быстрее. Это отложения лития, которые врастают в электролит аккумулятора. Иногда они соединяют анод с катодом и создают короткое замыкание. Батарея может выйти из строя, загореться или даже взорваться.

Химики под руководством Джеймса Тура обнаружили, что когда заряжаются новые батареи, литий-металл равномерно покрывает высокопроводящий гибрид углерода, в котором нанотрубки ковалентно соединены с поверхностью графена. «Лес» из нанотрубок на аноде, благодаря своей низкой плотности и большой поверхности, позволяет частицам лития свободно проходить туда и обратно во время зарядки и разрядки. Литий распределяется равномерно и подавляет рост дендритов.

Хотя емкость батареи-прототипа ограничена катодом, анодный материал достигает емкости 3,351 миллиампер в час на грамм, что является почти теоретическим максимумом, рассказал Тур. Из-за низкой плотности поверхности из нанотрубок способность лития покрывать все вплоть до основания обеспечивает максимальное использование доступных объемов.

Для испытания анода ученые собрали полноценную батарею с серными катодами, которая сохранила 80% емкости после более 500 циклов зарядки/разрядки, что составляет приблизительно два года обычного использования телефона, говорит Тур. Проверки с помощью электронного микроскопа не обнаружили признаков дендритов на поверхности анода, сообщает Phys.org.

Другая альтернатива литий-ионным батареям — литий-серные, давно считающиеся лучшим способом хранения энергии, чем более распространенные литий-ионные: они делаются из дешевой и доступной серы и в 2-3 раза более емкие. Их основной недостаток — в коротком сроке службы. Однако изобретение ученых Южной Калифорнии позволило обойти эту проблему.