Новая технология увеличивает срок службы литий-металлических батарей

Исследовательская группа показала, что добавки в электролит увеличивают срок службы литий-металлических батарей и значительно улучшают характеристики быстрой зарядки и разрядки. 

Команда профессора Нам-Сун Чой с кафедры химической и биомолекулярной инженерии KAIST иерархизировала межфазную фазу твердого электролита, создав двухслойную структуру, и продемонстрировала революционное время работы литий-металлических батарей.

Ученые применили две добавки к электролиту, которые обладают различными восстановительными и адсорбционными свойствами, чтобы улучшить функциональность двухслойной интерфазы твердого электролита. 

Кроме того, команда подтвердила, что структурная стабильность богатого никелем катода была достигнута за счет формирования тонкого защитного слоя на катоде. Об этом исследовании сообщается в журнале Energy Storage Materials.

Создание литий-металлических батарей с высокой плотностью энергии, длительным сроком службы и быстрой зарядкой жизненно важно для повсеместного использования этих батарей в качестве превосходных источников энергии для электромобилей. 

Литий-металлические батареи состоят из металлического литиевого анода, который обеспечивает в 10 раз большую емкость, чем графитовые аноды в литий-ионных батареях. Поэтому металлический литий является незаменимым анодным материалом для создания высокоэнергетических перезаряжаемых батарей. 

Однако нежелательные реакции в электролитах с металлическими литиевыми анодами могут снизить мощность, и это остается препятствием для достижения более длительного срока службы батарей. Предыдущие исследования были посвящены только формированию твердой межфазной фазы электролита на поверхности металлического литиевого анода.

Разработан способ создания двухслойной интерфазы твердого электролита для решения проблемы нестабильности металлического литиевого анода путем использования добавок к электролиту в зависимости от их способности принимать электроны и склонности к адсорбции.

Эта иерархическая структура твердой межфазной фазы электролита на металлическом литиевом аноде имеет потенциал для дальнейшего применения к анодам из литиевых сплавов, структурам хранения лития и безанодной технологии, чтобы удовлетворить ожидания рынка в отношении технологии электролита.

Батареи с металлическими литиевыми анодами и богатыми никелем катодами сохранили 80,9% первоначальной емкости после 600 циклов и достигли высокой кулоновской эффективности 99,94%. Эти замечательные результаты способствовали разработке технологии защитной двухслойной межфазной технологии твердого электролита для металлических литиевых анодов.

Профессор Чой сказала, что исследование предлагает новое направление для разработки добавок к электролиту для регулирования нестабильного интерфейса анод-электролит литиевого металла, что является самым большим препятствием в исследованиях литий-металлических батарей.

Она добавила, что технология безанодных вторичных батарей, как ожидается, станет переломным моментом на рынке вторичных батарей, а технология добавок в электролит будет способствовать улучшению качества безанодных вторичных батарей за счет стабилизации металлических литиевых анодов.