Ключевая проблема литий-ионных батарей наконец-то нашла своё решение

Литий-ионные батареи, которые питают наши ноутбуки, смартфоны и электрические транспортные средства, могут иметь существенно более высокую плотность энергии, если их графитовые аноды заменить анодами из металлического лития.

Удивительные свойства лития делают его абсолютным чемпионом по поглощению/отдаче электронов и идеальным материалом для анодов аккумуляторов.

Но этому препятствует так называемая проблема «дендритов». В течение нескольких циклов зарядки/разрядки аккумулятора, особенно когда батарея интенсивно используется, на электродах наблюдается рост микроскопических волокон лития — «дендритов». Эти ростки с поверхности литиевого электрода распространяются через электролит, и, достигнув другого электрода, вызывают короткое замыкание, порой приводящее к возгоранию и даже взрыву аккумулятора. Попытки решить проблему путём сокращения роста дендритов пока не увенчались успехом.

Исследователи из Лаборатории Беркли, с помощью метода неразрушающего контроля – микротомографии с разрешением в 1 микрон — выяснили особенности процесса зарождения дендритов, приводящих к деградации поверхностей анодов и выходу батарей из строя.

Проведя серию исследований зарождения дендритов на литиевых анодах с использованием достаточно жёстких рентгеновских лучей с высокой энергией, учёные пришли к выводу, что основным фактором зарождения дендритов являются азотистые соединения, находящиеся в электролите. Их устранение может существенно продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов.

В результате, решение сложной и весьма актуальной проблемы оказалось достаточно простым — процесс ингибирования (замедления) роста дендритов может быть активирован простым использованием более чистых веществ при производстве аккумуляторов. Учитывая то, какое место в современной технокультуре занимают литий-ионные батареи, значение этого открытия сложно переоценить.