Литий-металл, анодный материал следующего поколения, был отмечен за преодоление ограничений производительности коммерческих батарей. Однако проблемы, присущие литию-металлу, привели к сокращению срока службы батарей и повышению риска возгорания. Исследователи KAIST достигли мирового прорыва, увеличив срок службы литий-металлических анодов примерно на 750%, используя только воду.
Их исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Профессор Иль-Ду Ким с кафедры материаловедения и инженерии KAIST в сотрудничестве с профессором Джиёнг Ли из Университета Аджу успешно стабилизировали рост лития и значительно увеличили срок службы литий-металлических батарей следующего поколения, используя экологически чистые полые нановолокна в качестве защитных слоев.
Традиционные технологии создания защитного слоя, включающие нанесение поверхностного покрытия на металлический литий с целью создания искусственного интерфейса с электролитом , основаны на токсичных процессах и дорогих материалах, что приводит к ограниченному улучшению срока службы анодов из металлического лития.
Для устранения этих ограничений команда профессора Кима предложила защитный слой из полых нановолокон, способный контролировать рост ионов лития как физическими, так и химическими способами. Этот защитный слой был изготовлен с помощью экологически чистого процесса электропрядения с использованием гуаровой камеди, извлеченной из растений, в качестве основного материала и воды в качестве единственного растворителя.
Защитный слой из нановолокон эффективно контролировал обратимые химические реакции между электролитом и ионами лития. Полости внутри волокон подавляли случайное накопление ионов лития на поверхности металла, стабилизируя интерфейс между поверхностью лития и электролитом.
В результате литий-металлические аноды с этим защитным слоем продемонстрировали примерно 750% увеличение срока службы по сравнению с обычными литий-металлическими анодами. Аккумулятор сохранил 93,3% своей емкости даже после 300 циклов заряда-разряда, достигнув производительности мирового класса.
Исследователи также подтвердили, что этот естественный защитный слой полностью разлагается в почве примерно за месяц, что доказывает его экологичность на протяжении всего процесса производства и утилизации.
Профессор Ил-Ду Ким пояснил: «Используя как физические, так и химические защитные функции, мы смогли более эффективно направлять обратимые реакции между металлическим литием и электролитом и подавлять рост дендритов, что привело к получению литий-металлических анодов с беспрецедентными характеристиками срока службы».
«Поскольку нагрузка на окружающую среду, вызванная производством и утилизацией аккумуляторов, становится актуальной проблемой из-за растущего спроса на батареи, этот метод производства на водной основе с биоразлагаемыми свойствами внесет значительный вклад в коммерциализацию экологически чистых аккумуляторов следующего поколения».
