Учёные разработали трёхслойный аккумулятор устойчивый к взрыву и возгоранию

Исследовательская группа из отдела энергетических и экологических технологий DGIST под руководством главного научного сотрудника Ким Джэ Хёна разработала литий металлический аккумулятор с применением «трехслойного твердого полимерного электролита». Это решение обеспечивает пожары и взрывобезопасность, а также увеличивает срок службы аккумулятора. Как говорят учёные, их исследование поможет открыть новые возможности применения аккумуляторов в сфере электромобилей и крупномасштабных систем хранения энергии.

Стандартные аккумуляторы с твёрдым полимерным электролитом плохо функционируют из-за структурных ограничений, которые препятствуют нормальному контакту электродов. Кроме того, в этих аккумуляторах присутствует проблема дендритов, когда литий образуют древовидные структуры во время цикла заряда и разряда. Дендриты являются серьёзной проблемой, поскольку их рост нарушает структуру аккумулятора, приводит к возгоранию и взрывам.

• «декабромдифенилэтан (DBDPE)» для предотвращения возгораний;
• «цеолит» для повышения прочности электролита и высокую концентрацию литиевой соли;
• «литий бис (трифторметансульфонил)имид) (LiTFSI)»;
• для облегчения быстрого перемещения ионов лития.

Трёхслойный твёрдый электролит имеет средний слой высокой прочности, которая обеспечивает механическую прочность аккумулятора. Внешняя поверхность мягкая, что обеспечивает хороший контакт электродов и лёгкое перемещение ионов лития между ними и электролитом. В результате увеличивается скорость передачи энергии и предотвращается образование дендритов.

Эксперимент продемонстрировал, что разработанный исследователями аккумулятор сохранил 87,9% своей производительности после 1000 циклов зарядки и разрядки. Таким образом, продемонстрировано заметное улучшение срока эксплуатации по сравнению с обычными твердотельными батареями, сохраняющими от 7 до 80% производительности.

Кроме того, разработанный аккумулятор при пожаре может гаснуть самостоятельно. В результате снижается пожароопасность этого устройства. Учёные говорят, что их разработка найдёт применение в таких секторах, как смартфоны и прочая потребительская электроника, электромобили и крупномасштабные системы хранения энергии.

Руководитель исследования отметил, что их разработка внесёт существенный вклад в коммерциализацию литий-металлических аккумуляторов с использованием твёрдых полимерных электролитов. Проведённые исследования поддержал проект Future Materials Discovery и программа Mid-Career Researcher национального исследовательского фонда Кореи. Результаты проведённой работы были опубликованы в международном академическом журнале Small, издаваемом Wiley.