Исследователи из Университета Мэриленда обнаружили простой метод значительного продления срока службы литий-ионных аккумуляторов — ключевой технологии, обеспечивающей работу всего: от смартфонов до электромобилей. Секрет заключается в незначительной химической корректировке, которая стимулирует образование защитного слоя на катоде аккумулятора, что ранее считалось крайне сложной задачей.
Проблема с литий-ионными аккумуляторами
Литий-ионные аккумуляторы со временем деградируют из-за химического разрушения в электролите — жидкости, позволяющей ионам перемещаться между электродами. В настоящее время защитный слой естественным образом формируется на отрицательном аноде, стабилизируя его. Но положительный катод, работающий в более реактивных условиях, традиционно быстрее деградирует, поскольку электролит разрушается до того, как сформируется стабильное защитное покрытие. Это ограничивает срок службы и производительность аккумулятора.
Решение: управляемое разрушение электролита
Команда под руководством Чуншенга Ванга использовала реакцию, заимствованную из органической химии, чтобы «направить» разрушение электролита. Вместо случайной деградации, измененный электролит разрушается контролируемым образом, создавая стабильный защитный слой на катоде. Этот слой защищает катод от дальнейшего разрушения, значительно улучшая срок службы.
«Управляя тем, как электролит разрушается на молекулярном уровне, мы смогли точно контролировать защитный слой, который формируется на катоде», — объясняет Сиюэ Чжан, постдокторант, участвующий в проекте.
Настраиваемая производительность: мощность против долговечности
Важно отметить, что этот подход не является универсальным решением. Полученный слой можно настраивать. Более толстый слой означает большую защиту и более длительный срок службы, что идеально подходит для приложений, где стабильность имеет первостепенное значение. Более тонкий слой позволяет проводить более быстрые электрохимические реакции, максимизируя мощность и выход энергии. Эта гибкость означает, что аккумуляторы можно оптимизировать для конкретных нужд.
Реальные последствия
Эксперты полагают, что эту корректировку можно легко интегрировать в существующие процессы производства аккумуляторов. Мишель Арман из CIC energiGUNE, исследовательского центра в области хранения энергии в Испании, подчеркивает использование «хорошо зарекомендовавших себя химических процедур», что позволяет предположить, что безопасность и масштабируемость не должны быть серьезными препятствиями.
Точное увеличение срока службы аккумулятора еще предстоит определить в ходе дальнейших испытаний, но Ванг настроен оптимистично. «Это относительно простая корректировка существующих аккумуляторов», — утверждает он, подразумевая реалистичный путь к внедрению на потребительском уровне после тщательной оценки безопасности.
Эта химическая корректировка представляет собой простой, но потенциально преобразующий шаг к более долговечным и эффективным накопителям энергии, устраняя ключевое ограничение текущей литий-ионной технологии.
