Исследовательская группа разработала трехмерную полимерную структуру, легкую структуру, которая облегчает транспортировку ионов лития (Li). Их исследование было недавно опубликовано в журнале Advanced Science.
Технология аккумуляторов, используемая в электронных устройствах, таких как электромобили и смартфоны, продолжает развиваться. Примечательно, что энергетическая емкость литий-металлических анодов составляет 3860 мАч/г, что более чем в 10 раз превышает энергетическую емкость имеющихся в настоящее время графитовых анодов. Аноды из металлического лития могут хранить больше энергии в меньшем пространстве и, в отличие от графита или кремния, могут непосредственно участвовать в электрохимических реакциях в качестве электродов.
Однако во время процесса зарядки и разрядки неравномерное распределение ионов лития создает области, известные как «мертвый литий», которые снижают емкость и производительность аккумулятора. Кроме того, когда литий растет в одном направлении, он может достичь катода на противоположной стороне, вызывая внутреннее короткое замыкание.
Хотя недавние исследования были сосредоточены на оптимизации транспортировки лития в трехмерных структурах, большинство этих структур основаны на тяжелых металлах, что значительно снижает плотность энергии батареи на вес.
Чтобы решить эту проблему, команда разработала гибридную пористую структуру с использованием поливинилового спирта, легкого полимера с высоким сродством к ионам лития, в сочетании с одностенными углеродными нанотрубками и наноуглеродными сферами.
Эта структура более чем в пять раз легче медных (Cu) коллекторов, обычно используемых в анодах аккумуляторов, и обладает высоким сродством к ионам лития, облегчая их миграцию через пространства в трехмерной пористой структуре и обеспечивая равномерное электроосаждение лития.
В экспериментах литий-металлические анодные батареи, включающие трехмерную структуру команды, продемонстрировали высокую стабильность после более чем 200 циклов зарядки-разрядки и достигли высокой плотности энергии 344 Втч/кг (энергия к общему весу элемента). Примечательно, что эти эксперименты проводились с использованием ячеек-пакетиков, которые представляют собой реальные промышленные применения, а не ячеек-таблеток лабораторного масштаба, что подчеркивает большой потенциал этой технологии для коммерциализации.
Исследование провели профессор Суджин Пак и Дон Ёб Хан, доктор философии. кандидат с факультета химии Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) в сотрудничестве с доктором Гюджином Сонгом из Корейского института энергетических исследований (KIER) и командой исследователей POSCO N.EX.T HUB.
Профессор Парк из POSTECH выразил важность исследования, заявив: «Это исследование открывает новые возможности для максимизации плотности энергии литий-металлических батарей».
Доктор Сонг из KIER подчеркнул: «Эта конструкция, сочетающая в себе легкий вес с высокой плотностью энергии, представляет собой прорыв в будущих аккумуляторных технологиях».
Теги: батарея, полимеры
