Исследовательская группа под руководством ученых из Центрально-Южного университета в Чанше, провинция Хунань, Китай, использовала австралийский синхротрон для разработки новой стратегии масштабируемого производства высокопроизводительных, тонких и отдельно стоящих литиевых анодов для литий-ионных батарей.
Работа была предпринята для удовлетворения растущего спроса на высокопроизводительные литий-ионные аккумуляторы. Твердотельный металлический литий теоретически обладает высокой плотностью энергии и высокой емкостью, что делает его идеальной заменой традиционным графитовым анодам.
В статье , опубликованной в Nature Communications, команда сообщила, что специальная добавка цинка диалкилдитиофосфат (ZDDP) улучшила характеристики тонких полосок металлического лития.
Исследование показало, что добавка увеличивает твердость на границе раздела, предотвращает структурную деградацию (рост дендритов лития), контролирует осаждение лития во время нанесения покрытия/зачистки, а литиевый анод может быть покрыт и зачищен быстрее, чем другие материалы.
Команда произвела тонкие литиевые полоски толщиной от 5 до 50 микрометров, обладающие лучшей механической прочностью, электрохимическими характеристиками и впечатляющей циклической стабильностью по сравнению с необработанными литиевыми полосками.
Срок службы цикла до 2800 часов сохранялся даже при высокой производительности. Кроме того, симметричная ячейка на основе ультратонких литиевых полосок толщиной 15 микрометров проработала более 800 часов.
Исследование также включало полную конфигурацию элементов с использованием LiFePO 4 (LFP) и лития с покрытием ZDDP, показавшую превосходный срок службы при циклическом использовании с сохранением емкости более 83,2% после 350 циклов. Для сравнения, клетка без ZDDP быстро деградировала.
Улучшение электрохимических характеристик литиевого анода с покрытием ZDDP было связано с созданием высокопрочного слоя искусственного интерфейса твердого электролита (SEI) с высоким сродством к литию.
Ученый-приборщик д-р Бернт Йоханнессен сказал, что это пример инновационной работы по разработке ультратонкого лития толщиной всего в микроны, который производится для твердотельных батарей.
Для этого исследования было разработано и использовалось в производственном процессе масло на основе цинка , в котором литий раскатывается все тоньше и тоньше, подобно тому, как вы раскатываете тесто через макаронную машину.
Образцы были отправлены на синхротрон, и доктор Йоханнессен провел измерения литиевых анодов , используя линию рентгеновской абсорбционной спектроскопии, которая оказалась особенно полезной при исследовании энергетических материалов и катализа.
Настолько, что до 2023 года по этому каналу было выпущено почти вдвое больше публикаций, чем в предыдущем году.
«В этой связи мы должны выразить благодарность нашему сообществу пользователей; они работают удивительно продуктивно и в полной мере используют преимущества последних разработок, таких как методы быстрого сканирования, на лучевой линии», — сказал доктор Йоханнессен.
Теги: батарея
