Исследователи из Гарвардского университета разработали новую твердотельную батарею, которую можно перезарядить за 10 минут.
Последний прорыв Гарварда в области твердотельных батарей
Литий-металлические батареи, разработанные исследователями в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS), также могут заряжаться и разряжаться не менее 6000 раз — больше, чем любой другой аккумуляторный элемент.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Materials, описывает новый способ изготовления твердотельных батарей с литий-металлическим анодом. Это также предлагает новое понимание материалов, используемых для этих потенциально революционных батарей.
Синь Ли, доцент кафедры материаловедения SEAS и старший автор статьи, сказал:
Литий-металлические анодные батареи считаются Святым Граалем аккумуляторов, поскольку их емкость в десять раз превышает емкость коммерческих графитовых анодов, и они могут значительно увеличить дальность поездки электромобилей.
Наше исследование является важным шагом на пути к более практичным твердотельным батареям для промышленного и коммерческого применения.
Одной из самых больших проблем при разработке этих батарей является образование дендритов на поверхности анода. Дендриты — это выступы металла, которые могут накапливаться на поверхности лития и расти как корни в электролите. Они пробивают барьер, разделяющий анод и катод, вызывая короткое замыкание или даже возгорание батареи.
Дендриты образуются, когда ионы лития перемещаются от катода к аноду во время зарядки, прикрепляясь к поверхности анода в процессе, называемом гальванопокрытием. Это создает неровную, неоднородную поверхность на аноде и позволяет дендритам укорениться.
При разряде это бляшкообразное покрытие необходимо удалить с анода, а когда покрытие неравномерное, процесс снятия может быть медленным и привести к образованию выбоин, которые вызывают еще более неравномерное покрытие при следующей зарядке.
В 2021 году команда разработала многослойную батарею, в которой между анодом и катодом помещены различные материалы различной стабильности. Эта конструкция предотвращала проникновение дендритов лития, контролируя и удерживая их, но не останавливая их полностью.
Но в этом последнем исследовании исследователи предотвращают образование дендритов, используя частицы кремния микронного размера в аноде, чтобы ограничить реакцию литиирования и облегчить гомогенное покрытие толстым слоем металлического лития.
В конструкции исследователей из Гарварда, когда ионы лития перемещаются от катода к аноду во время зарядки, реакция литиирования сужается на мелкой поверхности, и ионы прикрепляются к поверхности частицы кремния, но не проникают дальше.
«В нашей конструкции металлический литий обернут вокруг частиц кремния, как твердая шоколадная скорлупа вокруг ядра фундука в шоколадном трюфеле», — сказал Ли.
А поскольку покрытие и зачистка могут происходить быстро на ровной поверхности, аккумулятор можно перезарядить примерно за 10 минут.
Исследователи создали версию батареи размером с почтовую марку, которая в 10–20 раз больше, чем батарейка-таблетка, изготовленная в большинстве университетских лабораторий.
Твердотельный аккумулятор сохранил 80% своей емкости после 6000 циклов, превосходя другие аккумуляторы, представленные сегодня на рынке. Лицензия на технологию предоставлена Гарвардским управлением технологических разработок компании Adden Energy, дочерней компании Гарварда, основанной Ли и тремя выпускниками Гарварда.
Компания Adden Energy расширила масштаб технологии для создания аккумуляторной батареи размером с смартфон.
Это еще одна веха в истории твердотельных аккумуляторов. Конечной задачей по-прежнему остается возможность массового производства этих батарей по более низкой цене, чем литий-ионные батареи. Это станет настоящим переломным моментом для электромобилей.
Фото: БМВ
Если вы владелец электромобиля, зарядите свой автомобиль дома с помощью солнечных батарей на крыше. Чтобы убедиться, что вы найдете рядом с вами проверенного и надежного установщика солнечной энергии, который предлагает конкурентоспособные цены на солнечную энергию, воспользуйтесь EnergySage, бесплатной услугой, которая упрощает переход на солнечную энергию. У них есть сотни предварительно проверенных установщиков солнечных батарей, которые конкурируют за ваш бизнес, гарантируя, что вы получите высококачественные решения и сэкономите 20-30% по сравнению с работой в одиночку. Кроме того, его можно использовать бесплатно, и вы не будете получать звонки по вопросам продаж, пока не выберете установщика и не поделитесь с ним своим номером телефона.
Ваши персональные расценки на солнечную энергию легко сравнить в Интернете, и вы получите доступ к беспристрастным консультантам по энергетике, которые помогут вам на каждом этапе пути. Начните здесь. -объявление*
