Анод-свободная батарея установила рекорд: 1 270 Wh/L и почти двукратный рост запаса хода электромобилей

Южнокорейские учёные представили технологический прорыв, способный существенно увеличить запас хода электромобилей и снизить проблемы, связанные с эксплуатацией аккумуляторов в холодное время года. Речь идёт об анод-свободной литий-металлической батарее с рекордной объёмной плотностью энергии — 1 270 Wh/L, что почти в два раза превышает показатели современных литий-ионных аккумуляторов для EV.

Исследование выполнено совместной командой специалистов из POSTECH, KAIST и Национального университета Кёнсан, и может повлиять на будущие стандарты проектирования тяговых батарей.

Рекордная плотность энергии без увеличения габаритов

Ключевым достижением проекта стала высокая объёмная плотность энергии — параметр, определяющий, сколько электричества можно разместить в фиксированном объёме батареи. Для автопрома это критически важно, поскольку пространство под аккумулятор жёстко ограничено конструкцией автомобиля.

В основе разработки лежит анод-свободная архитектура. В отличие от традиционных аккумуляторов, здесь полностью отсутствует графитовый анод. Во время зарядки ионы лития перемещаются из катода и осаждаются непосредственно на медный токосъёмник. За счёт исключения анода внутри ячейки освобождается дополнительный объём, который используется для размещения активных материалов.

Почему анод-свободные батареи сложно реализовать

Несмотря на высокий теоретический потенциал, такие аккумуляторы долгое время оставались лабораторной концепцией. Основная проблема — неравномерное осаждение лития, приводящее к образованию дендритов. Эти игольчатые структуры могут повреждать сепаратор и вызывать короткие замыкания.

Дополнительным ограничением является деградация литиевой поверхности при циклической работе, что резко сокращает срок службы и снижает эффективность батареи. Совместить высокую энергоёмкость, безопасность и ресурс ранее не удавалось.

Комбинированный подход к стабильности

Для решения этих задач учёные применили двухкомпонентную систему: Reversible Host (RH) и Designed Electrolyte (DEL).

Reversible Host представляет собой полимерную матрицу с равномерно распределёнными серебряными наночастицами. Они направляют осаждение лития в заданных точках, предотвращая хаотичный рост и повышая однородность слоя.

Designed Electrolyte, в свою очередь, формирует стабильную защитную плёнку из Li₂O и Li₃N на поверхности лития. Эта прослойка подавляет рост дендритов, сохраняя при этом высокую подвижность ионов.

Результаты и практическая значимость

При высокой поверхностной ёмкости 4,6 mAh/см² и плотности тока 2,3 mA/см² батарея сохранила 81,9% начальной ёмкости после 100 циклов, а средний кулоновский КПД составил 99,6%. Именно эти показатели позволили достичь рекордных 1 270 Wh/L.

Важно, что технология была протестирована в pouch-ячейках, близких по конструкции к аккумуляторам реальных электромобилей. Стабильная работа обеспечивалась даже при минимальном количестве электролита и низком давлении сборки, что открывает путь к более лёгким батареям и упрощённому производству.

По словам руководителя проекта, разработка одновременно решает проблемы эффективности и ресурса анод-свободных литий-металлических аккумуляторов, приближая их к коммерческому применению.