Литий-металлические батареи: на 50% больше энергии по более низкой цене

Новейшие исследования обещают прорыв в области аккумуляторов для электромобилей. Новая технология литий-металлических батарей может увеличить запас хода электромобилей на 50% при одновременном снижении производственных затрат.

Секрет кроется в замене графитового анода на смесь лития и металла.  Благодаря этому аккумуляторы смогут вмещать больше энергии при тех же размерах. Например, запас хода электромобиля, аналогичного Tesla Model Y (чья дальность поездки на данный момент составляет около 400 километров), сможет достичь 600 километров.

Однако, несмотря на очевидные преимущества, до коммерческого использования литий-металлических батарей пока еще далеко. Главная проблема заключается в высокой химической активности используемых материалов.  Сочетание кислотного электролита и анода из литий-металлической смеси приводит к постепенному образованию отложений на поверхности анода, что снижает эффективность и срок службы батареи.

Ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке активно изучают эти процессы. Хотя уже есть примерное понимание того, как должна быть спроектирована поверхность анода и какими свойствами должен обладать электролит, точные механизмы химических реакций остаются не до конца изученными.

Для оптимизации конструкции батарей и подбора подходящих металлов требуются длительные испытания. Решить эту задачу поможет метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопия), который также применяется в медицине. С его помощью можно  наблюдать за движением отдельных ионов лития по поверхности анода.

Этот метод позволяет визуализировать химические процессы, влияющие на работу батареи.  Ученые смогут точно определить, где и когда образуются вредные отложения, и таким образом подобрать оптимальные параметры конструкции, чтобы сделать литий-металлические батареи конкурентоспособными.  Внедрение этой технологии может привести к появлению батарей, превосходящих по характеристикам даже современные литий-ионные аккумуляторы.

источник