Исследователи из Гарвардского университета нашли способ предовратить поломки и возгорания в электрокарах с помощью нового типа аккумуляторов.
Литий-ионные батареи составляют основу большинства современных электронных устройств, в том числе — электромобилей. Однако у таких баатрей есть весомый недостаток — дендриты, которые представляют собой своего рода отростки лития, которые «прорастают» внутри аккумулятора. Острые, похожие на ветви деревьев, отростки, в конечном итоге протыкают батарею и приводят к замыканию. Это служит частой причиной взрывов и возгораний устройств с литий-ионными аккумуляторами, а также значительно снижает срок их эксплуатации. Дендриты образовываются при сгущении ионов лития и напоминают рост сталагмитов в пещере.
Исследователи из Гарвардского университета сосредоточились на изучении образования дендритов лития, чтобы найти способ создать долговечные и безопасные батареи для электромобилей. Решением стала литий-металлическая батарея из твердотельного металлического материала, а не литий-ионного.
Литий-металлические батери по сравнению с литий-ионными легче, мощнее и долговеченне. При этом в прошлом эксперименты ученых с литий-металлическими аккумуляторами нередко заканчивались взрывами, так что требовалось найти способ стабилизировать литий для того, чтобы представить на рынке жизнеспособную коммерческую версию таких батарей. Устранение или уменьшение дендритов было решающим фактором, который может повлиять на конкурентоспособность нового типа аккумуляторов.
В результате «работы над ошибками» разработчики добились устранения дендритов и добились большей структурной стабильности такого аккумулятора.
Фото: Harvard Seas
На рисунке: хлеб — литий-металлический анод, салат — графит, томаты — первый электролит, а бекон — второй электролит. К ним добавлен слой первого электролита и катод.
«Наша многослойная конструкция имеет многослойную структуру: менее стабильный электролит зажат, подобно ветчине в сэндвиче, между более стабильными твердыми электролитами, что и предотвращает рост дендритов», — сообщают ученые в своем исследовании, опубликованном в журнале Nature. По словам ученых, химический состав разработанной конструкции нивелирует потенциальный рост дендритов, так как подобран с учетом любых трещин и повреждений с последующими динамически генерируемыми разложениями.
Гарвардские исследователи проверили свою новую батарею в течение 10 000 циклов зарядки, что соответствует сроку службы обычного автомобиля, работающего на ископаемом топливе. Команда обнаружила, что после 10 000 циклов батарея всё еще держит 82% заряда.
Новая технология может значительно увеличить срок службы электромобилей (приблизить к сроку службы бензиновых машин) — до 10-15 лет без необходимости замены аккумулятора.
Если батарея будет работать так, как планировалось, то это исследование может совершить небольшую революцию на рынке электрокаров: стоимость батарей составляет тысячи долларов, и снижение частоты отказов, а также веса батареи может дать огромную экономию.
По материалам Popular Mechanics
Читайте также:
Физики нашли способ озвучивать квантовые эксперименты
Задержанную в аэропорту Каира художницу-робота освободили из-под стражи
