Дослідники з Університету Меріленда знайшли простий спосіб значно подовжити термін служби літій-іонних акумуляторів, ключової технології, яка живить все, від смартфонів до електромобілів. Секрет полягає в незначній хімічній корекції, яка сприяє утворенню захисного шару на катоді батареї, що раніше вважалося надзвичайно складним.
Проблема з літій-іонними акумуляторами
Літій-іонні акумулятори з часом руйнуються через хімічний розпад електроліту, рідини, яка дозволяє іонам рухатися між електродами. Зараз на негативному аноді природним чином утворюється захисний шар, який стабілізує його. Але позитивний катод, який працює в більш реактивних умовах, традиційно деградує швидше, оскільки електроліт руйнується до того, як може утворитися стабільне захисне покриття. Це обмежує термін служби акумулятора та продуктивність.
Рішення: контрольоване руйнування електроліту
Команда під керівництвом Чонгшен Ванга використовувала реакцію, запозичену з органічної хімії, щоб «направити» розпад електроліту. Замість випадкової деградації модифікований електроліт руйнується контрольованим чином, створюючи стабільний захисний шар на катоді. Цей шар захищає катод від подальшої деградації, значно збільшуючи термін служби.
«Контролюючи процес розпаду електроліту на молекулярному рівні, ми змогли точно контролювати захисний шар, який утворюється на катоді», — пояснює Сіюе Чжан, докторант, який бере участь у проекті.
Настроювана продуктивність: потужність проти довговічності
Важливо зазначити, що цей підхід не є універсальним рішенням. Отриманий шар можна налаштувати. Більш товстий шар означає більший захист і довший термін служби, що ідеально підходить для застосувань, де стабільність має першорядне значення. Більш тонкий шар дозволяє швидше проводити електрохімічні реакції, максимізуючи потужність і вихід енергії. Ця гнучкість означає, що батареї можна оптимізувати для конкретних потреб.
Реальні наслідки
Експерти вважають, що це налаштування можна легко інтегрувати в існуючі процеси виробництва акумуляторів. Мішель Арман з CIC energiGUNE, дослідницького центру зберігання енергії в Іспанії, наголошує на використанні «добре налагоджених хімічних процедур», припускаючи, що безпека та масштабованість не повинні бути основними перешкодами.
Точне збільшення терміну служби батареї ще належить визначити шляхом подальших тестів, але Ван налаштований оптимістично. «Це відносно проста зміна існуючих батарей», — стверджує він, маючи на увазі реалістичний шлях до впровадження на рівні споживачів після ретельної оцінки безпеки.
Ця хімічна зміна являє собою простий, але потенційно кардинальний крок до більш тривалого та ефективного накопичення енергії, усуваючи ключове обмеження поточної літій-іонної технології.
