В Израиле разработаны безопасные и надежные литий-металлические батареи

Исследователи Института Вейцмана предложили новый метод создания литий-металлических батарей. Эти батареи используют твердый электролит, у них низкая опасность возгорания и более долгий срок работы.

Каждая зарядка нашего смартфона не проходит бесследно для его батареи: в ней образуются тончайшие металлические нити – дендриты. Когда нитей становится много, внутри батареи может произойти короткое замыкание, и она загорится.

Литий-металлические батареи выглядят очень перспективно – они легче, у них выше емкость, они дольше работают и быстрее заряжаются. Это позволяет их рассматривать, как потенциальный источник энергии практически повсюду, где сегодня используются литий-ионные батареи. Но дендриты в таких батареях образуются гораздо быстрее.

Исследование, проведенное в Институте Вейцмана, позволяет определить, что именно влияет на рост дендритов в литий-металлической батарее и быстро проверить ее эффективность и безопасность. Работа опубликована в журнале Nature.

При разрядке аккумулятора положительно заряженные ионы двигаются от анода к катоду через электролит. При зарядке – ионы движутся в обратном направлении. В литий-металлической батарее анод состоит из чистого металлического лития, в отличие от графитового анода в литий-ионных батареях. Литий очень химически активен и при его взаимодействии с электролитом быстро образуется опасное количество дендритов.

Опасности возгорания такой батареи можно избежать, заменив жидкий электролит на твердый, например, на композит из полимеров и керамических частиц. Ученые с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса проследили за образованием дендритов и нашли идеальный состав для твердого проводящего слоя в такой батарее: 40% – керамика, 60% – полимер. Ученые обратили внимание на то, что в батареях, которые работали дольше и надежнее всего, количество дендритов было не меньше, а даже больше, чем обычно, но они оказались заблокированы, и опасные мостики не возникли.

Результаты исследования могут быть использованы для разработки более безопасных батарей, способных хранить больше энергии при меньших экологических и экономических затратах. Эти батареи смогут питать многие устройства, в том числе электромобили и электросамолеты, при этом срок службы аккумулятора станет дольше, а размеры и вес не увеличатся.