Прорив у батареях для електромобілів: технологія POSTECH збільшує ємність у 4 рази при 99% ефективності

Дослідники розробили «ідеальну» батарею з магнітним керуванням, здатну зберігати в 4 рази більше енергії, ніж стандартні графітові аноди, при цьому зберігаючи кулонівську ефективність понад 99% протягом понад 300 циклів.

"Нова технологія батарей забезпечує значно більшу ємність - це дозволяє вирішити проблему обмеженого запасу ходу електромобілів, одночасно знижуючи ризик перегріву та займання", - зазначають вчені.

Система POSTECH використовує стратегію "магніто-конверсії", яка знижує ризики займання, характерні для високощільних літієвих батарей. Під керівництвом професора Вон Бе Кіма команда застосовує зовнішнє магнітне поле для регулювання перенесення іонів літію, забезпечуючи вирішення двох ключових проблем: обмеженого запасу ходу та безпеки сучасних електромобілів.

Подолання проблем зростання дендритів

Головна інновація полягає у запобіганні утворенню дендритів - гострих голчастих структур, що виникають при багаторазовій зарядці високоємних літієвих батарей. У стандартних батареях можуть пробити сепаратор, викликаючи коротке замикання, перегрів і вибух.

Графітові аноди залишаються промисловим стандартом через меншу схильність до цих проблем, проте вони досягли граничної ємності. Система POSTECH обходить це обмеження, формуючи рівний та щільний шар металевого літію, стійкий на сотнях циклів.

Механізм стратегії магніто-конверсії

Стабільний шар формується завдяки впливу магнітного поля на феромагнітні аноди з марганцевого фериту. "При впровадженні літію в анод формуються феромагнітні металеві наночастки, які вибудовуються як міні-магніти під впливом зовнішнього поля", - пояснюють дослідники.

Рівномірний розподіл іонів запобігає локальному скупченню та росту небезпечних шпильок, забезпечуючи безпечне функціонування батареї.

Перспективи для майбутніх технологій зберігання енергії

Система використовує подвійний механізм зберігання енергії: літій утримується як оксидної матриці, і у вигляді металевого літію лежить на поверхні. Це дозволяє досягти в 4 рази більшої ємності, порівняно з графітовими анодами, при стабільній роботі без утворення дендритів.

Вчені підтверджують, що шар літію, сформований магнітним полем, залишається щільним навіть після інтенсивного використання, запобігаючи деградації та продовжуючи термін служби батареї.

За словами професора Кіма, підхід вирішує дві ключові проблеми літієвих анодів: структурну нестабільність та утворення дендритів. Очікується, що технологія стане основою для прискореної зарядки та збільшення терміну служби батарей для електромобілів та великих систем зберігання енергії.

"Це відкриває новий шлях до безпечних і надійних літій-металевих батарей", - робить висновок професор Кім.