Исследователи из Университета Тохоку нашли способ стабилизировать отложения лития или натрия в перезаряжаемых батареях, помогая сохранить их металлическую структуру неповрежденной. Открытие предотвращает потенциальную деградацию батареи и короткое замыкание, а также прокладывает путь к батареям с металлическим анодом с более высокой плотностью энергии.
Ученые всегда стремятся разработать более безопасные, более емкие и быстро заряжающиеся перезаряжаемые батареи , чтобы устойчиво удовлетворять наши энергетические потребности. Металлические аноды демонстрируют самые высокие перспективы для достижения этой цели. Однако использование щелочных металлов создает несколько проблем.
В перезаряжаемой батарее ионы проходят от катода к аноду при зарядке и в обратном направлении при выработке энергии. Многократное осаждение и растворение металла деформирует структуры лития и натрия . Кроме того, флуктуации диффузионного и электрического полей в электролитах вблизи поверхности электрода приводят к образованию игольчатых микроструктур, называемых дендритами. Дендриты слабо связаны и отслаиваются от электродов, что приводит к короткому замыканию и снижению емкости цикла.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа под руководством Хонги Ли и Тецу Ичицубо из Института исследования материалов Университета Тохоку добавила многовалентные катионы, такие как ионы кальция, которые изменили и укрепили сольватную структуру ионов лития или натрия в электролите.
«Наша модифицированная структура замедляет восстановление ионов лития или натрия на поверхности электрода и обеспечивает стабильную диффузию и электрическое поле», — сказал доктор Ли. Стабилизированные ионы, в свою очередь, сохраняют структуру электроосажденных металлов.
Подробности их исследования были опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science 20 мая 2022 года.
В своих следующих шагах Ли и Ичицубо надеются улучшить дизайн интерфейса металлических анодов, чтобы еще больше увеличить срок службы и удельную мощность батарей.
Теги: батарея
