Аккумуляторы без анода: новая технология, увеличивающая автономность в два раза по сравнению с электрическими

Корейская исследовательская группа разработала «безанодную» литий-металлическую батарею, способную достигать рекордной плотности энергии 1270 Втч/л, что открывает путь для электромобилей с почти удвоенным запасом хода при том же размере.

Аккумулятор без анода может удвоить запас хода электромобилей. Если нынешние литий-ионные батареи позволили распространить первые модели BEV, физический предел плотности энергии, то есть автономности, подталкивает международные исследования к поиску все более эффективных решений. Один из наиболее интересных примеров произошел из Южной Кореи, где группа ученых представила прототип батареи без анода, способной превышать 1200 Втч/л (объемная плотность энергии) почти вдвое по сравнению с примерно 650 Втч/л современных стандартных элементов.

Что значит без анода

В традиционной батарее есть два полюса, между которыми движется энергия: катод и анод. Анод занимает место и увеличивает вес, но служит лишь полкой для размещения ионов лития. В батареях без анода этот графитовый контейнер отсутствует, и батарея становится намного меньше и легче с тем же содержанием энергии.

Прощай, анод в батареях: то же пространство, больше энергии

Концепция безанодной батареи исключает один из самых громоздких и тяжелых компонентов традиционного элемента. В традиционной системе ионы лития движутся между катодом и анодом, в то время как в этой безанодной конфигурации батареи во время первой зарядки ионы лития мигрируют из катода и осаждаются непосредственно на медный токосъёмник, образуя слой металлического лития.

Такая архитектура позволяет исключить основной материал анода, уменьшая объем и вес аккумуляторной батареи. Это как если бы бензиновый автомобиль позволял удвоить количество топлива, но без увеличения объёма топлива.

Преодоление препятствия дендритов: какие они?

До сих пор основным ограничением литий-металлических батарей было образование дендритов, игольчатых образований лития, которые растут во время циклов зарядки/разрядки, рискуя пробить сепаратор и вызвать короткое замыкание или возгорание.

Корейское решение, опубликованное в научном журнале Расширенные материалыоснован на обратимом полимерном каркасе, обогащенном наночастицами серебра. Эта опора обеспечивает равномерное осаждение лития, предотвращая беспорядочный рост дендритов. Завершает инновацию новый специально разработанный электролит, который создает ультратонкий защитный слой на поверхности лития, действуя как своего рода «технологическая повязка», сохраняющая стабильные характеристики с течением времени.

Батареи без анода на пути к индустриализации

Корейская технология уже была проверена на элементах пакетного типа — промышленном стандарте, используемом в аккумуляторных батареях электромобилей. Испытания показали, что аккумулятор может стабильно работать даже при минимальном количестве электролита и при низком механическом давлении, что является двумя критическими факторами для снижения производственных затрат и повышения безопасности.

Если бы эта технология появилась на рынке в ближайшие несколько лет, ландшафт BEV существенно изменился бы: появились бы автомобили с запасом хода более 1000 км, более легкие и эффективные благодаря упрощению производственного процесса и сокращению материалов.