Науковці з Китаю розробили тонке захисне покриття, яке може допомогти подолати одну з головних проблем літієвих металевих акумуляторів наступного покоління. У лабораторних випробуваннях твердотільні батареї з обробленим літієм зберегли 82,3% початкової ємності після 300 циклів заряджання. Для акумуляторів із необробленим літієм цей показник становив лише 43%. Дослідники з Сідянського університету створили рідку суміш, яка реагує з металевим літієм і формує на його поверхні захисний шар. Результати роботи опублікували в журналі Science China Chemistry. Розробка може стати одним із напрямів створення безпечніших і довговічніших акумуляторів для електромобілів та систем зберігання енергії. Чому металевий літій потребує захисту Металевий літій вважають одним із найперспективніших матеріалів для накопичення енергії. Теоретично він здатний зберігати майже вдесятеро більше заряду на грам, ніж графіт, який використовують у звичайних літій-іонних акумуляторах. Це відкриває можливість створення легших батарей із більшою ємністю, що потенційно може збільшити запас ходу електромобілів. Однак використання металевого літію пов’язане з низкою проблем. Зокрема, під час заряджання на його поверхні можуть утворюватися дендрити — голкоподібні структури, здатні порушувати роботу акумулятора. Крім того, літій може нестабільно взаємодіяти з твердими електролітами, що ускладнює розробку таких батарей. Ця ілюстрація зображує формування in situ проміжного шару PFSIn-Li на літієво-металевому аноді. Рідкий прекурсор, що містить фторований силоксановий полімер та сіль індію, реагує на поверхні літію, утворюючи багатофункціональну гібридну плівку Щоб розв’язати ці проблеми, команда під керівництвом професорів Сіву Лі, Вейвея Ву та Чуань Ю розробила суміш на основі кремнійвмісного полімеру й хлориду індію. Після нанесення на літій вона утворює гнучку захисну плівку завтовшки лише 12 мікрометрів. До її складу входять фторид літію та наночастинки сплаву літію з індієм. Полімерна основа допомагає витримувати механічні навантаження, які виникають під час розширення та стискання літію. Фторид літію перешкоджає перенесенню електронів і зародженню дендритів, а наночастинки сплаву сприяють рівномірному осадженню іонів літію замість утворення небезпечних виступів. Результати лабораторних випробувань Покриті літієві електроди витримували критичну густину струму 3,5 мА/см². Для необробленого літію цей показник становив лише 0,8 мА/см² — тобто результат покращився більш ніж учетверо. Дослідники також перевірили матеріал у повноцінних акумуляторних елементах. Вони містили катод на основі оксиду нікелю, кобальту й марганцю та твердий сульфідний електроліт. Початкова питома ємність таких батарей становила 129,8 мА·год/г. Після 300 циклів заряджання та розряджання за режиму 0,5C вони зберегли 82,3% початкового показника. Для порівняння, акумулятори з необробленим літієм після такої ж кількості циклів зберегли лише 43%. Спектроскопія та електронна мікроскопія підтвердили склад захисного шару. Зображення також показали щільне й однорідне покриття без помітних тріщин або проміжків. Чи можна буде застосовувати технологію у виробництві Одна з потенційних переваг розробки — відносно простий спосіб нанесення. Оскільки захисний шар утворюється внаслідок реакції рідкої суміші з літієм, технологія може бути сумісною з наявним промисловим обладнанням для нанесення покриттів. Це потенційно дасть змогу обійтися без дорогих вакуумних процесів. Водночас використання індію може стати окремим питанням для подальшого масштабування. Тому дослідники планують перевірити, чи можна замінити його доступнішими металами, зокрема оловом або цинком. Поки що результати отримані лише в лабораторних умовах, а комерційну ефективність технології ще не доведено. Проте дослідження демонструє можливий спосіб зробити металевий літій стабільнішим і продовжити термін служби твердотільних акумуляторів — одного з перспективних напрямів розвитку систем зберігання енергії.