В останні роки вчені активно займаються розробкою нових типів акумуляторних батарей, показники яких повинні за всіма параметрами перевершувати показники літій-іонних батарей. Одним з найперспективніших типів вважаються літій-металеві батареї, проте вони мають один недолік – швидке зростання дендритів, деревоподібних струмопровідних утворень з металу, які спочатку знижують ємність батареї, а потім призводять до її повного виходу з ладу. І нещодавно, дослідники з університету Райса (Rice University) знайшли перспективне вирішення проблеми зростання дендритів. Для запобігання цьому на поверхню електродів наноситься покриття зі спеціального порошку, що дозволяє зберегти батарею у справності довгий час.
У літій-металевих батареях графітовий електрод, що використовується як анод в літій-іонних батареях, замінений електродом з чистого металевого літію. Це дозволяє значно збільшити показник густини зберігання енергії, скоротити час зарядки й на порядок підняти кількість циклів заряду-розрядки, яку витримує батарея без істотної втрати її ємності.
Однак, як уже згадувалося вище, активне зростання дендритів призводить до втрати ємності, виходу з ладу та самозаймання в особливо важких випадках. Вчені з університету Райса вже давно працюють над розв’язанням цієї проблеми, і вони вже розробили кілька методів боротьби з дендритами, засновані на використанні вуглецевих нанотрубок, лазерної обробки та спеціалізованих покриттів.
На цей раз вчені запропонували новий, досить простий та ефективний спосіб захисту анода. Спочатку анод піддається спеціальної обробки, яка надає йому текстурованої поверхні. Після цього на оброблену поверхню наноситься шар дрібнодисперсного порошку зі сполуки, що містить сірку та фосфор. Ця сполука вступає в хімічну реакцію з матеріалом анода і на ній виникає ідеальне захисне покриття, яке змінює енергетику поверхні та запобігає втраті анода металевого літію.
Мало того, саме покриття виступає в ролі свого роду стабілізатора, що згладжує кидки струму, що віддається батареєю, що дає позитивний бік на її довговічності. У ході експериментів батареї із захищеним анодом після 340 циклів заряду розрядки зберегли на 70 відсотків більше ємності, ніж без захисного покриття. І якщо взяти іншу основну метрику деградації батарей, яку називають поляризацією, то нове захисне покриття дозволило утримати наднизький рівень поляризації протягом 4 тисяч годин, приблизно у вісім разів довше, ніж звичайні батареї.
“Використання порошкового покриття металевого літієвого анода значно знижує темпи зростання деревоподібних металевих утворень, дендритів, які призводять до виходу батареї з ладу. Також це перешкоджає прискореній витраті матеріалу анода, що підвищує ресурс батареї”, – пишуть дослідники. – “Наше нове захисне покриття дозволить значно спростити виробництво та експлуатацію потужних акумуляторних батарей, збільшивши, при цьому їх багато ключових параметрів. Джерело