Сегодня 01 сентября 2026
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Учёные нашли путь к безопасным и долговечным литий-металлическим аккумуляторам

Четверть века человечество пользуется благами, расцветшими на внедрении литийионных аккумуляторов. Не зря за их открытие в 2019 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Но нужно идти дальше — к созданию более совершенных аккумуляторов. И тут всё упёрлось в целый комплекс проблем, преодолеть которые может помочь лишь фундаментальная наука. И она в этом помогает.

 Пример роста дендритов в аккумуляторе. Источник изображения: Weizmann

Пример роста дендритов в аккумуляторе. Источник изображения: Weizmann

Один из перспективных путей увеличения ёмкости литийсодержащих аккумуляторов заключается в переходе на аноды из металлического лития. Анод отдаёт ионы в процессе химической реакции при разряде аккумулятора и возвращает их себе в процессе заряда для использования в следующем цикле работы (разряда).

Как неоднократно сообщалось, металлический литий — это крайне химически активное вещество. Использование его в аноде аккумуляторов провоцирует рост дендритов — тонких нитей лития, способных за несколько сотен и даже десятков циклов заряда/разряда дорасти до противоположного электрода и произвести короткое замыкание с последующим возгоранием аккумулятора и опасностью возникновения пожара. Жидкий и обычно горючий электролит в аккумуляторе — необходимый там как проводник ионов — лишь усиливает такую опасность.

Проблему с ростом дендритов отчасти решает переход на твёрдые электролиты. Обычно это смесь керамики и полимера. Оставаясь проводником ионов, твёрдый электролит замедляет и даже останавливает рост игл металлического лития с анода. Задача состоит в подборе наилучшего соотношения керамики и полимера, а также самих материалов, которые бы не ухудшали цикличность аккумуляторов и их рабочие характеристики — ёмкость, плотность запасаемой энергии, скорость заряда и другие.

Сложность с выбором материала для твёрдых электролитов заключается в том, что на границе раздела анода и электролита химические и физические процессы происходят в очень тонком пространстве — шириной от 5 до 50 нм. Между тем, это критически важный участок, который определяет характеристики аккумулятора в целом. Для дальнейшего движения к более совершенным аккумуляторам важно точно понимать, что там происходит. Обычно для изучения химического (атомарного) состава материала учёные используют ядерный магнитный резонанс (ЯМР), но не в этом случае. Чтобы изучить границу раздела методом ЯМР потребовались бы годы измерений, что банально никому невыгодно.

Исследователи из израильского института Вейцмана (Weizmann) на время отставили аккумуляторы в сторону и поставили перед собой фундаментальную задачу — разработать методику для анализа пограничных слоёв аккумуляторных батарей.

«Одна из вещей, которая мне больше всего нравится в этом исследовании, заключается в том, что без глубокого научного понимания фундаментальной физики мы не смогли бы понять, что происходит внутри батареи. Наш процесс был очень типичным для работы здесь, в Институте Вейцмана. Мы начали с чисто научного вопроса, который не имел ничего общего с дендритами, и это привело нас к исследованию с практическими выходом, который смог бы улучшить жизнь каждого», — говорят участники работы.

В конечном итоге учёные усилили отклик материала, объединив ЯМР с динамической поляризацией ядер, когда спины электронов лития приводились в движение под действием радиочастотного поля. Это многократно усилило отклик и позволило буквально за часы, а не годы выявить точный химический состав слоя. Анализ показал, что самым оптимальным соотношением керамики и полимера в твёрдом электролите будет в том случае, если керамика удерживает в смеси 40 %. При этом сохраняются и цикличность аккумулятора и его характеристики. Учёные надеются, что результаты их исследования подтолкнут создание более совершенных литиевых аккумуляторов и это произойдёт достаточно скоро.

Было интересно? Скажите об этом Google, чтобы чаще получать ссылки на наши новости про окружающая среда

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Google начала навязывать ИИ-режим в поиске — некоторые развёрнутые ответы от ИИ теперь показываются автоматически 3 ч.
Календарь релизов — 31 августа – 6 сентября: The Blood of Dawnwalker, Onimusha и Serious Sam 3 ч.
Балканизация виртуализации: VMware теряет клиентов из-за стратегии Broadcom, но та не собирается ничего менять 3 ч.
Недавнее обновление для Windows 11 сломало курсор и обои рабочего стола 3 ч.
DLSS 5 заработала на видеокартах GeForce RTX 2000 и RTX 3000, но очень медленно 8 ч.
Take-Two отчиталась о «бурном развитии» расследования по поиску виновника утечек GTA VI 8 ч.
ЕС поставил ChatGPT в один ряд с крупнейшими онлайн-платформами — ответственность OpenAI возрастёт 9 ч.
ИИ-направление принесло Cloud.ru более половины выручки в I полугодии 2026 года 9 ч.
Instagram объявила войну ИИ-аккаунтам, выдающим себя за реальных людей 9 ч.
Sony подтвердила сентябрьскую презентацию State of Play — покажут Final Fantasy VII Revelation и игры от PlayStation Studios 10 ч.
Новая статья: 10 флагманских процессоров Intel за 10 лет 2 ч.
AOC выпустила 27-дюймовый игровой монитор Agon AGP277KXM с подсветкой Mini-LED и двумя режимами: 5K@180 Гц и 1440p@360 Гц 2 ч.
Apple потеряла ключевого руководителя накануне смены гендира: Фил Шиллер оставил пост главы App Store 3 ч.
Meta внедряет роботов в ЦОД для замены людей, но пока процесс идёт очень медленно 7 ч.
CXMT запустила пробное производство памяти HBM3E 8 ч.
В недрах Марса обнаружилась массивная «тепловая аномалия» — возможно, это результат древнего космического ДТП 8 ч.
Никому ни слова: операторы ЦОД в США всё чаще заключают тайные соглашения в властями, прикрываясь NDA 9 ч.
Российским операторам разрешили строить 5G на частотах LTE — сети скоро появятся в городах-миллионниках 10 ч.
TSMC намерена в 50 раз повысить производительность ИИ-систем — помогут 3D-чипы и кремниевая фотоника 10 ч.
G.Skill представила комплект Flare X5X DDR5-6000 с технологией разгона AMD EXPO ULL для систем на Ryzen 12 ч.