Ученые из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) совершили прорыв в разработке безопасных литиевых металлических батарей, создав новый материал-электролит с эффективностью 99,98%. Исследование, проведенное в сотрудничестве с Шанхайским университетом Цзяо Тун, может решить одну из самых серьезных проблем современных аккумуляторов.
Литиевые металлические батареи считаются следующим шагом в развитии аккумуляторных технологий, особенно для электромобилей и крупномасштабных систем хранения энергии. Однако до сих пор их широкому внедрению мешали проблемы безопасности, связанные с образованием литиевых дендритов - микроскопических кристаллических структур, которые могут вызывать короткие замыкания и возгорания.
Исследовательская группа под руководством профессора Йунсоба Кима разработала монокристаллический 3D боратный ковалентный органический каркас (COF), который работает как квазитвердотельный электролит. В отличие от поликристаллических материалов, создающих сопротивление на границах зерен, новая структура имеет упорядоченные ионные каналы, обеспечивающие равномерное осаждение лития.
Новый материал демонстрирует впечатляющие характеристики:
- Ионная проводимость 8,1 мСм·см⁻¹ при комнатной температуре
- Коэффициент переноса ионов лития 0,98
- Стабильное осаждение и растворение лития в течение более 2000 часов
- Сохранение 91,8% емкости после 600 циклов
- Кулоновская эффективность 99,98%
«Наше исследование демонстрирует перспективность монокристаллических 3D B-COF в качестве квазитвердотельных электролитов, – заявил профессор Ким. – Устраняя структурные нарушения, характерные для поликристаллических материалов, мы сделали значительный шаг к созданию высокопроизводительных и безопасных решений для хранения энергии».
Технология особенно важна для электромобилей, систем хранения энергии для сетей и других энергоемких приложений, где безопасность остается критическим требованием. Если разработка будет успешно масштабирована, она может устранить давние ограничения в конструкции батарей, обеспечивая как высокую плотность энергии, так и долгосрочную стабильность.