Исследователи из лаборатории Tianmushan и Университета Цинхуа заявили о прорыве в регулировании электролитов для литий-металлических аккумуляторов. Разработанные ими высокостабильные ячейки достигли уровня плотности энергии 600 Вт·ч/кг, о чём сообщается в публикации в журнале Nature Communications.
Разработка привязана к потребностям быстро растущей «низковысотной экономики». Спрос на дроны и электрические летательные аппараты с вертикальным взлётом и посадкой (eVTOL) растёт, но массовому внедрению мешает ограниченная продолжительность полёта. Современные коммерческие литиевые батареи на графитовых анодах близки к теоретическому пределу около 350 Вт·ч/кг и не обеспечивают нужную длительность работы.
Литий-металлические батареи считаются основным решением проблемы из-за высокой ёмкости анодного материала. Однако отрасли долго не удавалось совместить высокую плотность энергии, длительный срок службы и безопасность: при высоком напряжении такие батареи склонны к разложению электролита и росту литиевых дендритов.
Команда применила конструкцию с аддитивной сильно координирующей сольватной структурой для создания нового типа добавки к электролиту. Она формирует тонкую плотную защитную плёнку на катоде, снижая повреждение материала при высоковольтных циклах, и одновременно создаёт стабильный интерфейсный слой на литиевом аноде, подавляющий рост дендритов, улучшающий транспорт ионов лития и снижающий риски безопасности.
По данным испытаний, ячейки 10 А·ч с высоконикелевыми тройными катодами показали плотность энергии 550,7 Вт·ч/кг, сохранив 80% ёмкости после 180 циклов. В паре с литий-богатыми марганцевыми катодными материалами обратимая удельная энергия выросла до 602,5 Вт·ч/кг — более чем на 50% выше, чем у современных массовых силовых батарей.
Технология пока находится на стадии лабораторных исследований, и до масштабного коммерческого применения потребуются дальнейшие доработки.