У Китаї створили новий літій-металевий акумулятор із щільністю понад 600 Вт·год/кг

Спільна дослідницька група з лабораторії Тяньмушань та Університету Цінхуа повідомила про вагомий прорив у сфері електролітів. Науковці успішно розробили надзвичайно стабільний літій-металевий акумулятор у форматі pouch-cell, питома енергетична щільність якого сягає вражаючих 600 Вт·год/кг. Результати дослідження опубліковані в авторитетному міжнародному журналі Nature Communications.

Вирішення проблеми автономності літальних апаратів

Це відкриття є критично важливим для сегмента так званої «низьковисотної економіки». Попри стрімке зростання попиту на безпілотники та електричні літальні апарати вертикального зльоту й посадки (eVTOL), їхнє масове комерційне впровадження стримується обмеженим часом польоту. Сучасні серійні літій-іонні батареї з графітовими анодами вже наближаються до своєї теоретичної межі щільності у 350 Вт·год/кг.

Новий літій-металевий акумулятор розглядається як головне рішення для подолання цього бар’єра завдяки високій ємності металевого анода. Раніше індустрія не могла досягти балансу між щільністю, довговічністю та безпекою через швидкий розклад електроліту й утворення літієвих дендритів під високою напругою.

Технологічні інновації та результати випробувань

Для подолання деградації елементів дослідники застосували спеціальну добавку до електроліту з новою сольватаційною структурою. Це дозволило сформувати тонку й щільну захисну плівку на поверхні катода, яка захищає матеріал від руйнування при циклюванні. Одночасно на літієвому аноді створюється стабільний інтерфейсний шар, що пригнічує ріст дендритів, покращує транспорт іонів літію та суттєво знижує ризик займання.

Під час випробувань осередки ємністю 10 А·год з високонікелевими потрійними катодами продемонстрували енергетичну щільність 550,7 Вт·год/кг та зберегли 80% ємності після 180 циклів. У разі використання катодних матеріалів на основі збагаченого літієм марганцю реверсивна питома енергія зросла до 602,5 Вт·год/кг - це більш ніж на 50% перевищує показники нинішніх масових акумуляторів.

Статус розробки та перспективи ринку

Попри високі показники, інженери наголошують, що технологія поки перебуває на лабораторній стадії. Для виходу на масове виробництво знадобляться додаткові технічні ітерації. Для порівняння, компанія CATL вже виробляє конденсовані батареї для eVTOL із щільністю до 350 Вт·год/кг, що вважається межею для поточного покоління іонних елементів, проте їхня вартість залишається високою. Нагадаємо, що фахівці вивчають й інші перспективні технології, зокрема про те, як працює гігафабрика, що виробляє акумулятори LG Energy Solution для Tesla та Toyota. Крім того, CATL веде дослідження літій-повітряних батарей із теоретичною щільністю до 12 000 Вт·год/кг, що порівняно з енергоємністю бензину.