Новая мембрана для литий-металлических батарей: безопасность и долговечность

Ученые из Южной Кореи представили инновационную технологию разделителя для литий-металлических аккумуляторов, которая значительно повышает их безопасность и продлевает срок службы. Разработанная молекулярно-инженерная мембрана действует как защитный барьер, стабилизируя анод и катод, что делает батареи более надежными и долговечными.

Эта разработка является ответом на ограничения традиционных литий-ионных батарей, которые приближаются к своим предельным возможностям. Литий-металлические аккумуляторы, в свою очередь, обладают в полтора раза большей энергоемкостью, что может существенно увеличить запас хода электромобилей. Однако их широкому применению мешали проблемы безопасности, связанные с образованием дендритов – острых литиевых наростов, способных вызвать короткое замыкание.

Команда исследователей модифицировала поверхность стандартного полиолефинового сепаратора, добавив фтор- и кислородсодержащие функциональные группы. Эти группы регулируют взаимодействие между электродами и электролитом, обеспечивая стабильную работу.

В результате модификации на аноде образуется равномерный слой фторида лития, подавляющий рост дендритов. На катоде предотвращается образование вредной фтористоводородной кислоты, что сохраняет его структуру. Таким образом, одна функциональная мембрана выполняет роль двойного защитного слоя, стабилизируя оба электрода.

Тестирование в реальных условиях – при высокой температуре (55 °C), низком содержании электролита и с тонким литиевым анодом – показало, что новые батареи сохранили 80% начальной емкости после 208 циклов заряд-разряд. Энергетическая плотность достигла 385.1 Вт⋅ч/кг и 1135.6 Вт⋅ч/л, что в 1.5–1.7 раза выше, чем у современных коммерческих литий-ионных батарей.

Профессор Суджин Парк из POSTECH отметил, что этот подход открывает новые возможности для стабилизации электродов литий-металлических батарей на молекулярном уровне, улучшая их долговечность, безопасность и энергоемкость. Важно, что технология совместима с существующими производственными процессами.

Коллеги профессора Парка, профессор Тхэ Кён Ли и доктор КюДжин Сонг, подчеркнули роль компьютерного моделирования в понимании механизмов взаимодействия функциональных групп на атомарном уровне. Разработка представляет собой значительный шаг к коммерциализации безопасных и высокоэнергетических аккумуляторов, подходящих для крупномасштабных систем хранения энергии.