Создана литий-металлическая батарея с рекордной удельной ёмкостью

Ячейка разработана в Институте Гельмгольца в Ульме
Институт Гельмгольца в Ульме (HIU), проводящий «прикладные фундаментальные исследования в области аккумуляторов», объявил о создании рекордной по своим характеристикам литий-металлической ячейки. Её удельная ёмкость в два раза больше, чем у массовых литий-ионных ячеек, но главное — учёным удалось найти подходящий электролит, который не допускает разрушение катода и позволяет существенно продлить срок службы батареи. Результаты исследования HIU опубликованы в научном журнале Joule.

От литий-ионной литий-металлическая ячейка отличается материалом анода: здесь используется не графит, а металлический литий, который может накапливать в 10 раз больше энергии. Камень преткновения на пути к коммерческому использованию таких батарей — комплексные реакции вокруг анода, в том числе образование дендритов лития. Эту проблему решают разными способами — например, добавлением к аноду смолистого углеводорода гильсонита, — но в HIU обошлись лишь заменой электролита.

Первые лабораторные опыты учёные провели с использованием многослойного обогащенного никелем катода NCM88 и коммерчески доступного электролита LP30 на основе органических соединений. Однако такое сочетание вызывало растрескивание катода и образование мохоподобного литийсодержащего слоя на аноде, а после тысячи циклов перезарядки остаточная емкость ячейки составила всего 36,9 процента от первоначальной.

Замена LP30 на трудновоспламеняемый двуханионный жидкий электролит ILE значительно сократила структурные модификации катода, и учёным удалось получить приемлемые параметры. Так, удельная емкость литий-металлической ячейки достигла 560 ватт-часов на килограмм. Для сравнения: литий-ионные обладают ёмкостью в 285, твердотельные — в 400–500 ватт-часов на килограмм, и только для экзотических и заявлены несколько тысяч ватт-часов.

Не менее важно также то, что после 1000 циклов зарядки ячейка HIU сохранила 88 процентов емкости, а её кулоновская эффективность (отношение отданных ампер-часов к ампер-часам, полученным от зарядного устройства) составила 99,94 процента при коммерчески жизнеспособных 99,9. Впрочем, до массового использования таких батарей ещё далеко. Однако General Motors уже объявила, что аккумуляторы следующего поколения будут литий-металлическими. Их заявленная удельная емкость — 400–500 ватт-часов на килограмм.