По мнению группы исследователей, в поисках надежного, быстро заряжаемого аккумулятора для холодной погоды для автомобилей решением может стать самособирающийся тонкий слой электрохимически активных молекул. Новое исследование в поисках уникального материала публикует журнал Nature Energy.

Литий-металлический аккумулятор — это следующее поколение аккумуляторов после литий-ионных аккумуляторов. Он использует литиевый анод и имеет более высокую плотность энергии, но имеет проблемы с ростом дендритов, низким КПД и малым сроком службы, – Дунхай Ван, профессор машиностроения и ведущий исследователь Центра технологий аккумуляторов и накопления энергии.

Решением этих проблем, по мнению исследователей, является самособирающийся монослой, который является электрохимически активным, так что он может разлагаться на соответствующие компоненты и защищать поверхность литиевого анода.

Батарея состоит из литиевого анода, катода из оксида металлического лития и электролита, который также содержит литий-ионные проводящие материалы и защитный тонкопленочный слой. Без этого слоя батарея будет иметь тенденцию к образованию шипов кристаллов лития при быстрой зарядке или в холодных условиях. Эти литиевые шипы в конечном итоге приводят к короткому замыканию батареи, что значительно снижает ее полезность и срок службы.

Ключ в том, чтобы настроить молекулярную химию для самосборки на поверхности. Монослой обеспечит хорошую поверхность раздела твердого электролита при зарядке и защитит литиевый анод, заявляют ученые.

Слои в литиево-металлическом аноде для низкотемпературных батарей Авторы: Donghai Wang, Penn State

Исследователи наносят монослой на тонкий слой меди. Когда аккумулятор заряжается, литий попадает на монослой и разлагается с образованием стабильного межфазного слоя. Некоторое количество лития осаждается на меди вместе с оставшимся слоем, а разложившаяся часть исходного слоя восстанавливается поверх лития, защищая литий и предотвращая образование дендритов лития.

По словам исследователей, эта технология может увеличить емкость аккумулятора и увеличить количество раз, которое можно заряжать. Однако на данный момент аккумулятор можно зарядить только несколько сотен раз.

Эта технология демонстрирует способность вовремя формировать слой, разлагаться и самопроизвольно преобразовываться, чтобы оставаться на меди, а также покрывать поверхность лития. Со временем его можно будет использовать для дронов, автомобилей или некоторых очень маленьких батарей, используемых для подводных применений при низких температурах, заключают исследователи.