Китайские исследователи из лаборатории Тяньмушань и Университета Цинхуа представили литий-металлические аккумуляторные ячейки с повышенной стабильностью. Их удельная энергоемкость превысила 600 Вт·ч/кг. Разработка основана на новом подходе к регулированию состава электролита.
Новая технология может быть востребована в быстро развивающемся секторе беспилотников и электрических аппаратов вертикального взлета и посадки. Обычные литиевые батареи с графитовыми анодами приблизились к теоретическому пределу около 350 Вт·ч/кг, что ограничивает продолжительность полета. О результатах работы сообщается в журнале Nature Communications.
Литий-металлические батареи рассматриваются как один из вариантов решения проблемы недостаточной дальности полета. При этом их развитие сдерживают разложение электролита и образование литиевых дендритов при работе под высоким напряжением. Эти процессы влияют на ресурс, энергоемкость и безопасность аккумуляторов.
Специалисты разработали добавку к электролиту с сильной координацией компонентов. Она формирует на катоде тонкую плотную защитную пленку и уменьшает повреждение материала во время циклов при высоком напряжении. На литий-металлическом аноде создается стабильный межфазный слой, который подавляет рост дендритов и улучшает перенос ионов лития.
По данным испытаний, пакетные ячейки емкостью 10 А·ч с высоконикелевыми тройными катодами достигли 550,7 Вт·ч/кг. После 180 циклов они сохранили 80% первоначальной емкости. При использовании катодных материалов на основе марганца, обогащенных литием, обратимая удельная энергоемкость составила 602,5 Вт·ч/кг, что более чем на 50% выше показателя распространенных тяговых батарей.
Разработчики подчеркнули, что технология пока находится на лабораторной стадии. Для ее масштабирования и применения в серийной продукции потребуются дальнейшие доработки. Сроки выхода таких аккумуляторов на массовый рынок не названы.