Вчені розробили «тришарову» батарею, яка є безпечнішою та служить довше

Тришарова батарея з твердим полімерним електролітом DGIST покращує безпеку, ефективність і довговічність, вирішуючи проблеми дендритів, зберігаючи 87,9% продуктивності після 1000 циклів. Він перспективний для різноманітних застосувань, включаючи електромобілі та системи зберігання енергії.

Дослідницька група відділу енергетики та екологічних технологій DGIST під керівництвом головного дослідника Кім Дже Хюна розробила літієво-металеву батарею з використанням «тришарового твердого полімерного електроліту». Ця інновація значно покращує протипожежну безпеку, одночасно подовжуючи термін служби батареї, що робить її перспективним рішенням для застосування в електромобілях і великих системах зберігання енергії.

Звичайні батареї з твердим полімерним електролітом стикаються з проблемами через структурні обмеження, які перешкоджають оптимальному контакту між електродами. Ці обмеження не дозволяють вирішити проблему «дендритів» — деревоподібних утворень літію, які виникають під час повторюваних циклів заряджання та розряджання. Дендрити становлять критичну загрозу безпеці, оскільки їх нерегулярний ріст може пошкодити з’єднання акумулятора та призвести до пожежі чи вибуху.

Тришаровий твердий полімерний електроліт: зміна гри

Тому дослідницька група розробила тришарову структуру електроліту для вирішення таких проблем. Кожен шар виконує певну функцію, значно підвищуючи безпеку та ефективність акумулятора. Цей електроліт містить «декабромдифенілетан (DBDPE)» для запобігання пожежам, «цеоліт» для підвищення міцності електроліту та високу концентрацію солі літію «літію біс (трифторметансульфоніл) імід) (LiTFSI)», щоб полегшити швидкий рух іонів літію.

Тришаровий твердий електроліт має міцний середній шар, який підвищує механічну міцність батареї, а його м’яка зовнішня поверхня забезпечує чудовий контакт з електродом, полегшуючи рух іонів літію. Це забезпечує швидший рух іонів літію, покращуючи швидкість передачі енергії та ефективно запобігаючи утворенню дендритів.

Експериментальний успіх і застосування

Експеримент показав, що батарея, розроблена дослідницькою групою, зберегла приблизно 87,9% своєї продуктивності після 1000 циклів заряджання та розряджання, демонструючи помітне покращення довговічності порівняно з традиційними батареями, які зазвичай зберігають 70–80% своєї продуктивності. Він також може самостійно згаснути під час пожежі, що значно знижує ризик пожежі. Очікується, що ця батарея буде застосовуватися в різних секторах, починаючи від невеликих пристроїв, таких як смартфони та переносні пристрої, до електромобілів і великомасштабних систем зберігання енергії.

Доктор Кім заявив: «Очікується, що це дослідження зробить значний внесок у комерціалізацію літієво-металевих батарей із використанням [твердих полімерних] електролітів, одночасно забезпечуючи підвищену стабільність і ефективність [пристроям] зберігання енергії».