Китайские ученые создали литий-металлический аккумулятор с плотностью энергии более 600 Вт·ч/кг

Китайская исследовательская группа из Тяньмушаньской лаборатории и Университета Цинхуа объявила о значительном прорыве в области регулирования электролитов для литий-металлических батарей. Ученым удалось создать высокостабильные литий-металлические пакетные ячейки с плотностью энергии, достигающей уровня 600 Вт·ч/кг. Результаты исследования опубликованы в авторитетном международном журнале Nature Communications.

Разработка особенно актуальна для быстрорастущей «экономики малых высот». Спрос на дроны и электрические летательные аппараты с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL) постоянно растет, но их широкое коммерческое применение сдерживается ограниченной продолжительностью полета. Современные коммерческие литий-ионные батареи с графитовыми анодами приближаются к своему теоретическому пределу плотности энергии — около 350 Вт·ч/кг, что недостаточно для длительных полетов.

Литий-металлические батареи считаются основным решением этой проблемы благодаря высокой емкости анодных материалов. Однако отрасли долго не удавалось достичь баланса между высокой плотностью энергии, длительным сроком службы и безопасностью: такие батареи склонны к разложению электролита и росту литиевых дендритов в условиях высокого напряжения.

Для решения этих задач исследователи применили новую стратегию дизайна, основанную на сольватной структуре с сильной координацией добавок. Это позволило создать тонкую плотную защитную пленку на поверхности катода, снижающую повреждение материала при циклировании, и стабильный интерфейсный слой на аноде, подавляющий рост дендритов и улучшающий транспорт ионов лития.

По данным испытаний, пакетные ячейки емкостью 10 А·ч с высоконикелевыми тройными катодами достигли плотности энергии 550,7 Вт·ч/кг, сохранив 80% емкости после 180 циклов. При использовании литий-богатых марганцевых катодных материалов удельная энергия выросла до 602,5 Вт·ч/кг — это более чем на 50% выше, чем у современных тяговых батарей.

Несмотря на впечатляющие результаты, технология находится на стадии лабораторных исследований. Для масштабирования и коммерческого производства потребуются дальнейшие доработки. Для сравнения, CATL предлагает конденсированные батареи для eVTOL с плотностью энергии до 350 Вт·ч/кг, что считается текущим пределом для литий-ионных батарей, и их стоимость крайне высока. Ранее CATL также упоминала о разработке литий-воздушных батарей с теоретической плотностью энергии до 12 000 Вт·ч/кг, сравнимой с бензином.