В Германии создали литий-металлическую батарею с рекордной удельной ёмкостью

Её удельная ёмкость в два раза больше, чем у массовых литий-ионных ячеек, но главное — учёным удалось найти подходящий электролит, который не допускает разрушение катода и позволяет существенно продлить срок службы батареи. Результаты исследования HIU опубликованы в научном журнале Joule.

От литий-ионной литий-металлическая ячейка отличается материалом анода: здесь используется не графит, а металлический литий, который может накапливать в 10 раз больше энергии. Камень преткновения на пути к коммерческому использованию таких батарей — комплексные реакции вокруг анода, в том числе образование дендритов лития. Эту проблему решают разными способами — например, добавлением к аноду смолистого углеводорода гильсонита, — но в HIU обошлись лишь заменой электролита.

Первые лабораторные опыты учёные провели с использованием многослойного обогащенного никелем катода NCM88 и коммерчески доступного электролита LP30 на основе органических соединений. Однако такое сочетание вызывало растрескивание катода и образование мохоподобного литийсодержащего слоя на аноде, а после тысячи циклов перезарядки остаточная емкость ячейки составила всего 36,9 процента от первоначальной.

Замена LP30 на трудновоспламеняемый двуханионный жидкий электролит ILE значительно сократила структурные модификации катода, и учёным удалось получить приемлемые параметры. Так, удельная емкость литий-металлической ячейки достигла 560 ватт-часов на килограмм. Для сравнения: литий-ионные обладают ёмкостью в 285, твердотельные — в 400–500 ватт-часов на килограмм, и только для экзотических литий-серных и литий-диоксид углеродных ячеек заявлены несколько тысяч ватт-часов.

Не менее важно также то, что после 1000 циклов зарядки ячейка HIU сохранила 88 процентов емкости, а её кулоновская эффективность (отношение отданных ампер-часов к ампер-часам, полученным от зарядного устройства) составила 99,94 процента при коммерчески жизнеспособных 99,9. Впрочем, до массового использования таких батарей ещё далеко. Однако General Motors уже объявила, что аккумуляторы Ultium следующего поколения будут литий-металлическими. Их заявленная удельная емкость — 400–500 ватт-часов на килограмм.