Новые батареи: толстые электроды для большей энергии

Исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали революционный подход к созданию сверхплотных и толстых электродов для аккумуляторов, что позволило значительно повысить их энергоемкость и механическую прочность. Это достижение открывает новые перспективы для портативной электроники и электромобилей.

Традиционно, повышение плотности и толщины электродов сталкивалось с проблемой снижения производительности из-за затрудненного движения зарядов. Однако команда под руководством профессора Хонгтао Суна преодолела эти ограничения, внедрив синтетические границы внутри структуры электродов. Эти границы действуют как "резервуары" для зарядов, обеспечивая их быстрое перемещение по всей системе.

Благодаря этому новому методу, толщина электродов может быть увеличена в 5-10 раз, а их плотность — вдвое по сравнению с существующими аналогами. Это приводит к существенному увеличению плотности энергии в ограниченном объеме. Результаты показывают потенциальную плотность энергии на уровне ячейки, превышающую 500 Вт·ч/кг, что может значительно увеличить запас хода электромобилей.

Процесс производства включает использование специальных жидких добавок и низкотемпературную термообработку (около 120°C), что позволяет формировать синтетические границы без повреждения активных материалов. Кроме того, полученные электроды обладают улучшенными механическими свойствами: их прочность увеличена втрое, а устойчивость к разрушениям — в 10 раз.

Для мониторинга деформации электродов в реальном времени команда разработала доступный метод цифровой корреляции изображений, который позволяет изучать деградацию аккумуляторов без использования дорогостоящего синхротронного оборудования. Это особенно важно, учитывая, что частые циклы зарядки-разрядки в мобильных устройствах приводят к износу электродов.

Технология производства электродов является масштабируемой, экономичной и совместимой со стандартным промышленным оборудованием. Исследователи планируют перейти от серийного производства к непрерывному рулонному процессу, что позволит наладить крупномасштабное производство усовершенствованных электродов.