Новый литий-металлический аккумулятор из Китая показал плотность свыше 600 Вт·ч/кг

Совместная исследовательская группа из лаборатории Тяньмушань и Университета Цинхуа сообщила о существенном прорыве в сфере электролитов. Ученые успешно разработали чрезвычайно стабильный литий-металлический аккумулятор в формате pouch-cell, удельная энергетическая плотность которого достигает впечатляющих 600 Вт·ч/кг. Результаты исследования опубликованы в авторитетном международном журнале Nature Communications.

Решение проблемы автономности летательных аппаратов

Это открытие является критически важным для сегмента так называемой «низковысотной экономики». Несмотря на стремительный рост спроса на беспилотники и электрические летательные аппараты вертикального взлета и посадки (eVTOL), их массовое коммерческое внедрение сдерживается ограниченным временем полета. Современные серийные литий-ионные батареи с графитовыми анодами уже приближаются к своему теоретическому пределу плотности в 350 Вт·ч/кг.

Новый литий-металлический аккумулятор рассматривается как главное решение для преодоления этого барьера благодаря высокой емкости металлического анода. Ранее индустрия не могла достичь баланса между плотностью, долговечностью и безопасностью из-за быстрого разложения электролита и образования литиевых дендритов под высоким напряжением.

Технологические инновации и результаты испытаний

Для преодоления деградации элементов исследователи применили специальную добавку к электролиту с новой сольватационной структурой. Это позволило сформировать тонкую и плотную защитную пленку на поверхности катода, которая защищает материал от разрушения при циклировании. Одновременно на литиевом аноде создается стабильный интерфейсный слой, подавляющий рост дендритов, улучшающий транспорт ионов лития и существенно снижающий риск возгорания.

Во время испытаний ячейки емкостью 10 А·ч с высоконикелевыми тройными катодами продемонстрировали энергетическую плотность 550,7 Вт·ч/кг и сохранили 80% емкости после 180 циклов. В случае использования катодных материалов на основе обогащенного литием марганца реверсивная удельная энергия выросла до 602,5 Вт·ч/кг - это более чем на 50% превышает показатели нынешних массовых аккумуляторов.

Статус разработки и перспективы рынка

Несмотря на высокие показатели, инженеры подчеркивают, что технология пока находится на лабораторной стадии. Для выхода на массовое производство понадобятся дополнительные технические итерации. Для сравнения, компания CATL уже производит конденсированные батареи для eVTOL с плотностью до 350 Вт·ч/кг, что считается пределом для текущего поколения ионных элементов, однако их стоимость остается высокой. Напомним, что специалисты изучают и другие перспективные технологии, в частности о том, как работает гигафабрика, производящая аккумуляторы LG Energy Solution для Tesla и Toyota. Кроме того, CATL ведет исследования литий-воздушных батарей с теоретической плотностью до 12 000 Вт·ч/кг, что сравнимо с энергоемкостью бензина.