Китайские учёные увеличили плотность энергии и срок службы литиевых аккумуляторов в 2–3 раза.

Недавно китайские исследователи преодолели ограничения традиционных литий-ионных аккумуляторов по плотности энергии и производительности, разработав аккумуляторные элементы в мягком корпусе с плотностью энергии более 600 ватт-часов/кг и модульные аккумуляторные батареи ёмкостью 480 ватт-часов/кг. Эти показатели непосредственно повышают плотность энергии и срок службы существующих литий-ионных аккумуляторов в 2–3 раза.

В связи с быстрым развитием таких новых областей, как электрический транспорт, низковысотная экономика, потребительская электроника и гуманоидные роботы, потребность в аккумуляторных батареях с высокой энергоёмкостью и длительным сроком службы становится всё более острой. Плотность энергии является одним из ключевых показателей аккумуляторных батарей, и задача хранения большего количества энергии при одновременном снижении веса и габаритов представляет собой технический вызов, который исследователи по всему миру стремятся преодолеть.

Литий-металлические аккумуляторы, обладающие значительно более высокой теоретической плотностью энергии по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами, считаются аккумуляторной технологией следующего поколения, способной устранить ограничения существующих аккумуляторов по производительности и сроку службы. Однако современные конструкции электролитов с трудом позволяют одновременно удовлетворить требованиям к повышению энергоотдачи и циклического ресурса аккумуляторных батарей.

После многих лет инновационных исследований и технических прорывов исследовательская группа Тяньцзиньского университета и её партнёры впервые разработали концепцию «делокализованной» конструкции электролитов для высокоэнергетических литий-металлических аккумуляторов. Эта концепция устраняет зависимость традиционной конструкции электролита от доминирующей структуры сольватации, обеспечивая одновременное повышение плотности энергии и общих эксплуатационных характеристик. Результаты исследования были опубликованы 13 августа в международном академическом журнале Nature.

Ху Вэньбинь, профессор Школы материаловедения и инженерии Тяньцзиньского университета и руководитель группы, пояснил, что благодаря этой инновации исследовательская группа достигла целевых показателей высокоэнергетического аккумулятора «Battery600» и успешно обеспечила возможность масштабирования высокоэнергетического аккумуляторного блока «Pack480», заложив важную основу для будущего применения литий-металлических аккумуляторов. Кроме того, данная технология демонстрирует превосходную циклическую стабильность и безопасность.

В настоящее время, опираясь на национальные платформы, такие как Национальная инновационная платформа интеграции производства, образования и исследований в области технологий хранения энергии Тяньцзиньского университета и Национальная ключевая лаборатория функциональных материалов на основе драгоценных металлов, группа активно продвигает технологическую трансформацию и проверку возможности применения полученных результатов. Уже создана опытно-промышленная линия по производству высокоэнергетических литий-металлических аккумуляторов, которые успешно применяются в трёх моделях малогабаритных полностью электрических беспилотных летательных аппаратов в Китае, увеличивая продолжительность полёта в 2,8 раза по сравнению с существующими аккумуляторами.

Сообщается, что в настоящее время группа освоила ключевые технологии полного производственного цикла высокоэнергетических литиевых аккумуляторов, а именно «материалы — электролит — электрод — аккумулятор». Все сырьевые материалы и ключевые технологии находятся под независимым контролем, а группа обладает возможностями массового производства с высокой стабильностью характеристик. Ожидается, что полномасштабный запуск производства состоится во второй половине этого года.