Науковці створили батарею з рекордною питомою енергією

Дослідники з китайської лабораторії Tianmushan Lab та Університету Цінхуа розробили літій-металеві акумуляторні елементи пакетного типу, які перетнули позначку питомої енергії у 600 Вт-год/кг. Технологія потрібна насамперед розробникам безпілотників та електричних апаратів вертикального зльоту й посадки (eVTOL), де кожен зайвий грам маси батареї напряму скорочує час перебування в повітрі

Графітові аноди майже вичерпали свій потенціал

Звичні комерційні літій-іонні акумулятори з графітовим анодом уже впритул підійшли до своєї фізичної межі в 350 Вт-год/кг. Перехід на чистий металевий літій дозволяє суттєво підняти місткість, але має суттєвий мінус. За високої напруги в такій системі прискорено руйнується електроліт, а на самому аноді проростають дендрити — гострі голчасті кристали, які пробивають сепаратор і спричиняють коротке замикання

Аби розв’язати цю проблему, вчені створили спеціальну добавку до електроліту, яка одночасно захищає і катод, і анод. Вона формує надтонку плівку, що зупиняє деградацію матеріалів під високою напругою. На літієвому аноді ця присадка утворює стабільний міжфазний шар: він пригнічує появу дендритів та водночас пришвидшує рух іонів літію

Під час випробувань експериментальні елементи ємністю 10 А-год із катодами з високим вмістом нікелю видали 550,7 Вт-год/кг, зберігши 80% початкової ємності після 180 циклів. А от підняти планку вище 600 Вт-год/кг (до 602,5 Вт-год/кг) вдалося завдяки використанню літій-збагачених марганцевих катодів

Шлях до серійного виробництва буде тривалим

Попри вражаючі цифри, про швидку появу таких акумуляторів на ринку мова поки не йде. Наразі це суто лабораторні прототипи, а не готові до експлуатації батарейні блоки для авіації чи електромобілів. Дослідникам ще належить довести стабільність роботи й довговічність осередків уже у складі повноцінних масштабних систем

Для порівняння, найсучасніші серійні акумулятори CATL для аеротаксі мають питому енергію до 350 Вт-год/кг. Наразі компанія працює і над перспективними літій-повітряними елементами з теоретичною межею до 12 000 Вт-год/кг, проте ця технологія поки залишається ще далі від реального комерційного втілення