673886040@qq.com
Прорыв в аккумуляторных технологиях: прогресс в области быстрозаряжаемых литий-металлических аккумул
В новой статье Nature Energy инженеры сообщают о прогрессе в создании литий-металлических батарей, которые заряжаются быстро — всего за час. Эта быстрая зарядка достигается благодаря кристаллам металлического лития, которые можно засевать и выращивать — быстро и равномерно — на удивительной поверхности. Хитрость заключается в использовании поверхности для выращивания кристаллов, которая официально не нравится литию. Из этих затравочных кристаллов вырастают плотные слои однородного металлического лития. Равномерные слои металлического лития представляют большой интерес для исследователей аккумуляторов, поскольку в них отсутствуют шипы, снижающие производительность аккумулятора, называемые дендритами. Формирование этих дендритов в анодах аккумуляторов является давним препятствием для быстрой зарядки литий-металлических аккумуляторов со сверхвысокой плотностью энергии Этот новый подход, разработанный инженерами Калифорнийского университета в Сан-Диего, позволяет заряжать литий-металлические батареи примерно за час, что является конкурентоспособным по сравнению с современными литий-ионными батареями. Сегодня (9 февраля 2023 г.) инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего в сотрудничестве с исследователями изображений из Калифорнийского университета в Ирвине опубликовали в журнале Nature Energy информацию об этом прогрессе, направленном на разработку быстрозаряжаемых литий-металлических батарей.
Чтобы вырастить кристаллы металлического лития, исследователи заменили вездесущие медные поверхности на отрицательной стороне (аноде) литий-металлических батарей на литофобную нанокомпозитную поверхность из фторида лития (LiF) и железа (Fe). При использовании этой литофобной поверхности для осаждения лития образовывались зародыши кристаллов лития, из которых вырастали плотные слои лития — даже при высоких скоростях зарядки. Результатом стали литий-металлические батареи с длительным сроком службы, которые можно быстро заряжать.
«Специальная нанокомпозитная поверхность — это открытие», — сказал профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Пинг Лю, старший автор новой статьи. «Мы бросили вызов традиционному представлению о том, какая поверхность необходима для выращивания кристаллов лития. Преобладает мнение, что литий лучше растет на поверхностях, которые ему нравятся, на поверхностях, которые являются литиофильными. В этой работе мы покажем, что это не всегда так. Подложка, которую мы используем, не любит литий. Однако он обеспечивает обильные центры зародышеобразования наряду с быстрым движением лития на поверхности. Эти два фактора приводят к росту этих красивых кристаллов. Это хороший пример научного понимания решения технической проблемы».
Новое достижение, возглавляемое наноинженерами Калифорнийского университета в Сан-Диего, может устранить значительное препятствие, которое сдерживает широкое использование энергоемких литий-металлических батарей для таких приложений, как электромобили (EV) и портативная электроника. Хотя литий-металлические батареи обладают большим потенциалом для электромобилей и портативной электроники из-за их высокой плотности заряда, сегодняшние литий-металлические батареи необходимо заряжать очень медленно, чтобы сохранить производительность батареи и избежать проблем с безопасностью. Медленная зарядка необходима для минимизации образования литиевых дендритов, снижающих производительность батареи, которые образуются, когда ионы лития соединяются с электронами, образуя кристаллы лития на анодной стороне батареи. Кристаллы лития накапливаются при зарядке батареи и растворяются при разрядке батареи.
Ссылка: «Выращивание монокристаллических семян на литофобных подложках для обеспечения быстрой зарядки литий-металлических батарей» Чжаохуэй Ву, Зею Хуэй, Хаодун Лю, Шэнь Ван, Сисен Ю, Син Син, Джон Холоубек, Цюши Мяо Пинг Лю, Чунян Ван и Хуолинь Л. Синь, 9 февраля 2023 г., Nature Energy.
DOI: 10.1038/s41560-023-01202-1
Пинг Лю является директором Центра устойчивой энергетики и энергетики (SPEC) в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего, где он также является профессором кафедры наноинженерии.
