Учёные из южнокорейского университета POSTECH заявили о прорыве, который может заметно снизить «страх пробега» у владельцев электромобилей: их экспериментальная система с литиевым металлическим слоем обещает примерно в 4 раза более высокую ёмкость по сравнению с коммерческими графитовыми анодами и при этом удерживает кулоновскую эффективность выше 99% на протяжении более 300 циклов.
Ключевая идея — сделать литий не источником опасности, а управляемым ресурсом, чтобы повысить запас энергии и одновременно уменьшить риск теплового разгона и возгорания.
Главная проблема литий-металлических аккумуляторов давно известна: при многократных зарядках на электроде могут расти дендриты — острые «иглы», которые со временем пробивают сепаратор. В такой конфигурации достаточно одного внутреннего короткого замыкания, чтобы процесс перешёл в тепловой разгон, а дальше возможны пожары и взрывы. Поэтому индустрия и держится за графитовые аноды: они безопаснее, но их ёмкость уже упёрлась в пределы.
Команда учёных предлагает обойти этот потолок через так называемую стратегию magneto-conversion. В системе используют конверсионный анод на основе ферромагнитного марганцевого феррита и задают ему внешнее магнитное поле, которое регулирует перенос литий-ионов. Когда литий «встраивается» в такой анод, внутри появляются ферромагнитные металлические наночастицы. Под действием поля они выстраиваются как крошечные магниты прямо в структуре электрода, а связанная с этим организация и сила Лоренца не дают ионам лития собираться в отдельные «пятна» и кластеры.
За счёт равномерного распределения по поверхности литий осаждается гладким, плотным слоем, а не растёт опасными шипами. Авторы подчёркивают, что получившаяся литиевая плёнка остаётся плотной и однородной даже после длительной работы, то есть не деградирует так быстро, как это обычно бывает в высокоёмкостных системах. В итоге батарея хранит энергию сразу двумя способами: часть лития удерживается в оксидной матрице, а часть — в виде металлического лития на поверхности.
По словам специалистов, подход бьёт по двум болевым точкам литиевых анодов — конструкционную нестабильность и дендриты — и может стать технической базой для повышения скорости зарядки и увеличения срока службы аккумуляторов, рассчитанных на автопром и крупные системы хранения энергии. Если идея подтвердит себя за пределами лаборатории, это будет новый путь к более безопасным и надёжным литий-металлическим батареям, которые дают больше энергии без привычной «платы» в виде повышенного риска.