Южнокорейские ученые разработали инновационную технологию, которая позволяет существенно повысить стабильность и долговечность литий-металлических аккумуляторов для электромобилей. Новая методика печати обеспечивает более чем двукратное увеличение ресурса аккумуляторных элементов по сравнению с существующими решениями.
Об этом сообщает ProIT
Проблемы литий-металлических аккумуляторов и новый подход
«Обеспечивая в десять раз большую теоретическую емкость, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов, литий-металлические аноды являются ключевым материалом в твердотельных и литий-серных аккумуляторах, которые требуют высокой плотности энергии. Однако риск образования дендритов во время циклов зарядки/разрядки вызывает опасения по поводу безопасности, включая риск короткого замыкания и возгорания, а также ограничивает срок службы батареи», — объясняют исследователи.
Исследователи из Корейского научно-исследовательского института химических технологий (KRICT) предложили решение для предотвращения формирования опасных игловидных структур — дендритов — на поверхности анодов из лития. По результатам испытаний, защищенные по новой технологии аноды сохраняли 81,5% первоначальной емкости после 100 циклов зарядки-разрядки, а кулоновская эффективность составила 99,1%. Эти показатели демонстрируют значительно более высокую стабильность по сравнению с незащищенными элементами.
Даже в экстремальных условиях — когда аккумулятор полностью разряжается всего за 9 минут под воздействием высокого тока — элементы с новой защитой удерживали 74,1% емкости. Это свидетельствует о их высокой надежности в сложных эксплуатационных условиях.
Суть новой технологии и перспективы внедрения
Команда под руководством доктора Чондона Сука отказалась от традиционных «влажных» методов нанесения покрытия, которые предполагают использование растворителей, способных повредить чувствительный металлический литий. Вместо этого разработан способ трансферной печати на основе рулонной технологии, который позволяет наносить защитный слой без растворителей.
Инженеры создали два типа защитных покрытий: двойной слой из оксида алюминия (Al₂O₃) и золота (Au), а также гибридный слой, сочетающий керамические (Al-LLZO) и полимерные компоненты. Процесс предполагает формирование сверхтонкой — около 5 микрометров — пленки из керамики и полимера на отдельном листе с последующим ламинированием на поверхность лития под давлением. Такой подход гарантирует равномерное и надежное покрытие без риска повреждения активного материала.
Ученые уже успешно продемонстрировали масштабируемость технологии, покрыв защитным слоем образцы размером 245×50 мм. Ожидается, что эта разработка поспособствует более быстрому внедрению мощных аккумуляторов не только в сфере электромобилей, но и для крупных систем хранения энергии.
Печать методом переноса без использования растворителей позволяет наносить равномерные двухслойные покрытия из оксида алюминия и золота на металлический литий/Национальный научный совет по науке и технологии