Прорыв в батареях для электромобилей: технология POSTECH увеличивает ёмкость в 4 раза при 99% эффективности

Исследователи разработали «идеальную» батарею с магнитным управлением, способную хранить в 4 раза больше энергии, чем стандартные графитовые аноды, при этом сохраняя кулоновскую эффективность выше 99% на протяжении более 300 циклов.

«Новая технология батарей обеспечивает значительно большую ёмкость — это позволяет решить проблему ограниченного запаса хода электромобилей, одновременно снижая риск перегрева и возгорания», — отмечают ученые.

Система POSTECH использует стратегию «магнито-конверсии», которая снижает риски возгорания, характерные для высокоплотных литиевых батарей. Под руководством профессора Вон Бэ Кима команда применяет внешнее магнитное поле для регулирования переноса ионов лития, обеспечивая решение двух ключевых проблем: ограниченного запаса хода и безопасности современных электромобилей.

Преодоление проблем роста дендритов

Главная инновация заключается в предотвращении образования дендритов — острых игольчатых структур, возникающих при многократной зарядке высокоемких литиевых батарей. В стандартных батареях они могут пробить сепаратор, вызывая короткое замыкание, перегрев и взрыв.

Графитовые аноды остаются промышленным стандартом из-за меньшей склонности к этим проблемам, однако они достигли предельной ёмкости. Система POSTECH обходит это ограничение, формируя ровный и плотный слой металлического лития, устойчивый на сотнях циклов.

Механизм стратегии магнито-конверсии

Стабильный слой формируется благодаря воздействию магнитного поля на ферромагнитные аноды из марганцевого феррита. «При внедрении лития в анод формируются ферромагнитные металлические наночастицы, которые выстраиваются как мини-магниты под влиянием внешнего поля», — поясняют исследователи.

Равномерное распределение ионов предотвращает локальное скопление и рост опасных шпилек, обеспечивая безопасное функционирование батареи.

Перспективы для будущих технологий хранения энергии

Система использует двойной механизм хранения энергии: литий удерживается как в оксидной матрице, так и в виде металлического лития на поверхности. Это позволяет достичь в 4 раза большей ёмкости по сравнению с графитовыми анодами при стабильной работе без образования дендритов.

Ученые подтверждают, что слой лития, сформированный магнитным полем, остаётся плотным даже после интенсивного использования, предотвращая деградацию и продлевая срок службы батареи.

По словам профессора Кима, подход решает две ключевые проблемы литиевых анодов: структурную нестабильность и образование дендритов. Ожидается, что технология станет основой для ускоренной зарядки и увеличения срока службы батарей для электромобилей и крупных систем хранения энергии.

«Это открывает новый путь к безопасным и надёжным литий-металлическим батареям», — заключает профессор Ким.