Анод-вільна батарея встановила рекорд: 1270 Wh/L і майже дворазове зростання запасу ходу електромобілів

Південнокорейські вчені представили технологічний прорив, здатний суттєво збільшити запас ходу електромобілів та знизити проблеми, пов'язані з експлуатацією акумуляторів у холодну пору року. Йдеться про анод-вільну літій-металеву батарею з рекордною об'ємною щільністю енергії. 1270 Вт·год/л, що майже вдвічі перевищує показники сучасних літій-іонних акумуляторів для EV.

Дослідження виконано спільною командою фахівців з POSTECH, KAIST та Національного університету Кенсані може вплинути на майбутні стандарти проектування тягових батарей.

Рекордна густина енергії без збільшення габаритів

Ключовим досягненням проекту стала висока об'ємна густина енергії — параметр, що визначає, скільки електрики можна розмістити у фіксованому об'ємі батареї. Для автопрому це є критично важливим, оскільки простір під акумулятор жорстко обмежений конструкцією автомобіля.

В основі розробки лежить анод-вільна архітектура. На відміну від традиційних акумуляторів тут повністю відсутній графітовий анод. Під час заряджання іони літію переміщаються з катода і осідають безпосередньо на мідний струмознімач. За рахунок виключення анода всередині комірки звільняється додатковий обсяг, який використовується для розміщення активних матеріалів.

Чому анод-вільні батареї складно реалізувати

Незважаючи на високий теоретичний потенціал, такі акумулятори тривалий час залишалися лабораторною концепцією. Основна проблема - нерівномірне осадження літію, що призводить до утворення дендритів Ці голчасті структури можуть ушкоджувати сепаратор та викликати короткі замикання.

Додатковим обмеженням є деградація літієвої поверхні під час циклічної роботи, що різко скорочує термін служби та знижує ефективність батареї. Поєднати високу енергоємність, безпеку та ресурс раніше не вдавалося.

Комбінований підхід до стабільності

Для вирішення цих завдань вчені застосували двокомпонентну систему: Оборотний хост (RH) і Розроблений електроліт (DEL).

Reversible Host є полімерною матрицею з рівномірно розподіленими срібними наночастинками. Вони спрямовують осадження літію в заданих точках, запобігаючи хаотичному зростанню та підвищуючи однорідність шару.

Designed Electrolyte, у свою чергу, формує стабільну захисну плівку з Li₂O та Li₃N на поверхні літію. Цей прошарок пригнічує зростання дендритів, зберігаючи при цьому високу рухливість іонів.

Результати та практична значимість

За високої поверхневої ємності 4,6 mAh/см² та щільності струму 2,3 мА/см² батарея зберегла 81,9% початкової ємності після 100 циклів, а середній кулоновський ККД склав 99,6%. Саме ці показники дозволили досягти рекордних 1270 Вт·год/л.

Важливо, що технологія була протестована в pouch-осередках, близькі за конструкцією до акумуляторів реальних електромобілів. Стабільна робота забезпечувалася навіть при мінімальній кількості електроліту та низькому тиску складання, що відкриває шлях до більш легких батарей та спрощеного виробництва.

За словами керівника проекту, розробка одночасно вирішує проблеми ефективності та ресурсу анод-вільних літій-металевих акумуляторів, наближаючи їх до комерційного застосування.