Исследователи разработали новый молекулярно-инженерный электролит с организованными электронными каналами, который позволяет полностью заряжать литий-металлические аккумуляторы всего за 15 минут, одновременно решая ключевые вопросы безопасности и скорости зарядки.

Преимущества литий-металлических аккумуляторов

Литий-металлические аккумуляторы способны накапливать значительно больше энергии и функционировать в более суровых условиях по сравнению с традиционными литий-ионными батареями, которые используются в большинстве современных электронных устройств. Однако их коммерческое применение ограничено из-за медленного и неэффективного переноса электронов и ионов через границу между структурными компонентами батареи и электролитом — процессом, известным как перенос заряда. Замедление этого процесса приводит к нежелательным химическим реакциям и образованию дендритов — опасных металлических наростов, которые ухудшают работу аккумулятора и могут вызвать внезапные возгорания или взрывы при быстрой зарядке.

Новое решение на молекулярном уровне

Для преодоления этих ограничений команда исследователей, преимущественно из Университета науки и технологий Китая, модифицировала электролит аккумулятора на молекулярном уровне. В ходе работы была перестроена структура молекул растворителя в жидкости, что позволило ускорить перенос заряда. Вместо стандартной конфигурации молекулы были организованы так, чтобы формировать плоские, высокоорганизованные электронные каналы, которые получили название планарно-выравненных электронных каналов. Такая структура обеспечивает более прочную и эффективную связь между движущимися электронами и ионами лития, что значительно ускоряет основные химические реакции и устраняет условия, способствующие образованию опасных дендритов.

Результаты испытаний

В промышленных литий-металлических аккумуляторах новый электролит продемонстрировал высокую эффективность. Использование плоских электронных каналов позволило батареям стабильно и безопасно достигать полной зарядки за 15 минут при плотности мощности зарядки 1 747,6 Вт/кг.

Перспективы применения

Данное исследование создает прочную основу для преодоления сложных электрохимических препятствий, которые в настоящее время мешают появлению на рынке аккумуляторов следующего поколения с высокой емкостью. В случае коммерциализации этой технологии возможно появление электромобилей с увеличенным запасом хода и быстрой зарядкой.