Исследователи из Мэриленда сделали революционное открытие, которое может изменить будущее электромобилей (EV). Изучив механизмы разрушения литиевых батарей, ученые Мэрилендского университета разработали технологию, способную сделать электромобили более безопасными и энергоэффективными. Это достижение может эффективно снизить риск возгорания батарей, что является одной из основных проблем современных аккумуляторных технологий.
Инновационный метод, подробно описанный в недавней статье, опубликованной в журнале Nature, направлен на подавление роста литиевых дендритов. Эти ветвистые структуры обычно образуются внутри полностью твердотельных литиевых батарей, что препятствует широкой коммерциализации этой перспективной технологии. Однако новый "межслойный" дизайн батареи, разработанный под руководством профессора Чуншенга Ванга (Chunsheng Wang) с факультета химической и биомолекулярной инженерии, эффективно предотвращает образование дендритов. Этот прорыв может открыть путь к созданию жизнеспособных полностью твердотельных батарей для электромобилей.
В настоящее время более 750 000 зарегистрированных в США электромобилей работают на литий-ионных батареях благодаря их высокой энергоемкости. Однако эти батареи содержат легковоспламеняющийся жидкий электролит, который при перегреве представляет опасность возгорания. Хотя возгорания аккумуляторов электромобилей происходят относительно редко, они представляют собой уникальную опасность. По данным Национального совета по безопасности на транспорте, сотрудники служб экстренного реагирования сталкиваются с такими рисками, как поражение электрическим током и воздействие токсичных газов.
Полностью твердотельные батареи открывают возможности для создания более безопасных электромобилей по сравнению с современными моделями с электроприводом и двигателем внутреннего сгорания. Однако найти решение для устранения их недостатков оказалось непростой задачей. Ванг объясняет, что при работе таких батарей в условиях высокой емкости и скоростей зарядки-разрядки, необходимых для электромобилей, литиевые дендриты имеют тенденцию расти в сторону катода, что приводит к короткому замыканию и снижению емкости.
Ванг и его команда, включая постдокторанта Хонгли Вана, начали разрабатывать теорию образования литиевых дендритов в 2021 году. Исследователи утверждают, что этот вопрос до сих пор остается предметом научных дискуссий. Разобравшись в этом аспекте, они предложили идею изменения дизайна прослоек для эффективного подавления роста литиевых дендритов.
Решение исследователей отличается тем, что оно направлено на стабилизацию интерфейсов батареи между твердым электролитом и анодом, а также электролитом и катодом. Новая структура батареи включает богатый фтором промежуточный слой, который стабилизирует катодную сторону. Кроме того, прослойка анода модифицирована магнием и висмутом, эффективно подавляющими рост литиевых дендритов.
Профессор Ванг подчеркивает значение твердотельных батарей: "Твердотельные батареи - это новое поколение, поскольку они позволяют достичь высокой энергии и безопасности. В современных батареях, если вы достигаете высокой энергии, вы жертвуете безопасностью".
