Предложена новая стратегия металлизация для безанодных металлических аккумуляторов

Безанодные металлические аккумуляторы имеют хороший потенциал для увеличения энергетической плотности за счёт отказа от использования готовых анодов. К примеру, в магниевых аккумуляторах вместо анода используется открытый металлический только съёмник из меди или цинка. При первой зарядке аккумуляторов магний с катода осаждается на этот токосъемник. В результате образуется тонкий слой магния, выступающий в качестве анода. Благодаря устранению избыточного анодного материала аккумуляторы становятся компактнее, легче и дешевле в изготовлении. Однако они подвержены образованию дендритов, что отрицательно сказывается на стабильности и ёмкости аккумулятора. К тому же, есть риск короткого замыкания.

Исследовательская группа под руководством доцента Хи-Дэ Лим из Университета Ханьянг в Южной Корее предлагает новую стратегию металлизации с использованием фасетно-ориентированного осаждения. По их словам, это должно решить существующие проблемы. Лим говорит, что они предложили кристаллографическую стратегию. Эта технология позволяет достичь контролируемого осаждения магния путем использования фасетно-ориентированного Zn-носителя с физико-химически полированной поверхностью. Подробности излагаются в статье «Facet-Guided in-Plane Metal Plating via Accelerated Surface Diffusion in Mg Metal Batteries», опубликованной в журнале Advanced Energy Materials.

Токосъемники используются в поликристаллической форме, которые имеют хаотично ориентированные зерна и высокую плотность межзеренных границ. Границы зёрен обеспечивают неровную поверхность и «горячие точки». Там атомы магния скапливаются во время осаждения и обеспечивается рост Mg и образование дендритов.

Чтобы решить проблему, исследователи применили три ключевых конструкторских подхода.

1) В качестве основного металла был выбран цинк который структурно очень похож на магний.

2) Цинк был подготовлен таким образом, чтобы избирательно обнажить термодинамически стабильную грань. Это обеспечивает магнию плавное и равномерное распределение по поверхности.

3) для минимизации влияния границ зёрен, изготовленная цинковая подложка была подвергнута реактивному ионному травлению. В результате была получена физико-химически полированная поверхность. В электрохимических испытаниях такой подход эффективно подавил образование дендритов и повысил стабильность аккумулятора благодаря равномерному горизонтальному росту Mg.

Полностью безанодный Mg-элемент сохранил 87,58% своей начальной емкости в течение более 900 циклов при высокой плотности тока 200 мА г⁻¹ . Это существенно лучше стандартных рабочих условий. Как заявляет руководитель исследования, доктор Лим, разработанная платформа на основе металла магния ориентирована на граненые кристаллы. Это может привести к разработке следующего поколения аккумуляторов на базе магния с высокой энергетической плотностью. Исследователи считают, что такие аккумуляторы будут востребованы в будущей инфраструктуре интеллектуальных сетей на основе возобновляемых источников энергии.