Учёные создали батарею с рекордной удельной энергией

Исследователи из китайской лаборатории Tianmushan Lab и Университета Цинхуа разработали литий-металлические аккумуляторные элементы пакетного типа, которые пересекли отметку удельной энергии в 600 Вт-ч/кг. Технология нужна прежде всего разработчикам беспилотников и электрических аппаратов вертикального взлёта и посадки (eVTOL), где каждый лишний грамм массы батареи напрямую сокращает время пребывания в воздухе

Графитовые аноды почти исчерпали свой потенциал

Привычные коммерческие литий-ионные аккумуляторы с графитовым анодом уже вплотную подошли к своему физическому пределу в 350 Вт-ч/кг. Переход на чистый металлический литий позволяет существенно поднять ёмкость, но имеет существенный минус. При высоком напряжении в такой системе ускоренно разрушается электролит, а на самом аноде прорастают дендриты – острые игольчатые кристаллы, которые пробивают сепаратор и вызывают короткое замыкание

Чтобы решить эту проблему, учёные создали специальную добавку к электролиту, которая одновременно защищает и катод, и анод. Она формирует сверхтонкую плёнку, останавливающую деградацию материалов под высоким напряжением. На литиевом аноде эта присадка образует стабильный межфазный слой: он подавляет появление дендритов и одновременно ускоряет движение ионов лития

Во время испытаний экспериментальные элементы ёмкостью 10 А-ч с катодами с высоким содержанием никеля выдали 550,7 Вт-ч/кг, сохранив 80% начальной ёмкости после 180 циклов. А вот поднять планку выше 600 Вт-ч/кг (до 602,5 Вт-ч/кг) удалось благодаря использованию литий-обогащённых марганцевых катодов

Путь к серийному производству будет долгим

Несмотря на впечатляющие цифры, о скором появлении таких аккумуляторов на рынке речи пока не идёт. Пока это чисто лабораторные прототипы, а не готовые к эксплуатации батарейные блоки для авиации или электромобилей. Исследователям ещё предстоит доказать стабильность работы и долговечность ячеек уже в составе полноценных масштабных систем

Для сравнения, самые современные серийные аккумуляторы CATL для аэротакси имеют удельную энергию до 350 Вт-ч/кг. Пока компания работает и над перспективными литий-воздушными элементами с теоретическим пределом до 12 000 Вт-ч/кг, однако эта технология пока остаётся ещё дальше от реального коммерческого воплощения