Найден способ "оживить" перезаряжаемые литиевые батареи

Представители Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Стэнфордского университета нашли способ оживить перезаряжаемые литиевые батареи, что потенциально может увеличить дальность хода электромобилей и срок службы батарей в электронных устройствах нового поколения.

В процессе работы литиевых батарей накапливаются небольшие островки неактивного лития, которые отрезаются от электродов, снижая способность батареи сохранять заряд. Но исследовательская группа обнаружила, что может заставить этот "мертвый" литий двигаться к одному из электродов, пока он снова не соединится, частично обращая вспять нежелательный процесс. Добавление этого дополнительного шага замедлило деградацию их тестовой батареи и увеличило срок ее службы почти на 30%.


Большое количество исследований направлено на поиск путей создания перезаряжаемых батарей с меньшим весом, большим сроком службы, повышенной безопасностью и более высокой скоростью зарядки, чем литий-ионная технология, используемая в настоящее время в мобильных телефонах, ноутбуках и электромобилях.

Оба типа батарей используют положительно заряженные ионы лития, которые курсируют туда-сюда между электродами. Со временем часть металлического лития становится электрохимически неактивной, образуя изолированные островки лития, которые больше не соединяются с электродами. Это приводит к потере емкости и представляет собой особую проблему для литий-металлических технологий и быстрой зарядки литий-ионных батарей.

Однако в новом исследовании ученые продемонстрировали, что они могут мобилизовать и восстановить изолированный литий, чтобы продлить срок службы батареи.


Идея исследования родилась, когда Цуй предположил, что подача напряжения на катод и анод батареи может заставить изолированный островок лития физически перемещаться между электродами, и теперь его команда подтвердила этот процесс своими экспериментами.

Ученые изготовили оптический элемент с литий-никель-марганец-кобальт-оксидным (NMC) катодом, литиевым анодом и изолированным островком лития между ними. Это испытательное устройство позволило им в режиме реального времени отслеживать, что происходит внутри батареи во время использования.

Они обнаружили, что изолированный литиевый остров вовсе не был "мертвым", а реагировал на работу батареи. При зарядке батареи остров медленно перемещался к катоду, а при разрядке - в противоположном направлении.


Результаты, которые ученые подтвердили на других тестовых батареях и с помощью компьютерного моделирования, также показывают, как изолированный литий может быть восстановлен в реальной батарее путем изменения протокола зарядки.