2020 год оказался очень богатым на интересные свежие идеи в сфере производства аккумуляторов.

Литиевый анод обеспечивает литий-металлическим батареям достаточную плотность и количество запасаемой энергии, а также долговечность. Но на поверхности такого анода со временем образуются дендриты — металлические выросты, которые вызывают короткое замыкание в аккумуляторе, приводя его в негодность, и даже могут спровоцировать возгорание.

Ученые нашли несколько способов решения этой проблемы. Например, можно добавить в электролит несколько дополнительных составляющих, и в результате на поверхности анода образуется защитный слой, препятствующий росту дендритов.

Но одним из самых надежных решений является твердый электролит, полностью исключающий появление дендритов, т.к. между анодом и катодом находится разделитель из керамического материала. Кроме того, он позволяет существенно ускорить зарядку. Разработчики утверждают, что большой твердотельный аккумулятор может зарядиться до 80% за 15 минут.

Плотность энергии в новейших батареях с твердым электролитом составляет порядка 1 кВт·ч на литр объема — это в четыре раза больше, чем в обычных аккумуляторах. Батарея массой 1 кг может вмещать 400-500 Вт·ч энергии, тогда как аналогичный аккумулятор с жидким электролитом вмещает только 260. К тому же твердотельная батарея сохраняет до 80% емкости после 800 циклов заряд/разряд.

Избавиться от дендритов помогают также углеродные нанотрубки, которые вводятся в структуру анода. Они же позволяют производить и потреблять большие токи — в пять раз больше тех, которые может выдержать обычный аккумулятор, что в свою очередь ускоряет процесс зарядки.

Оригинальный способ борьбы с дендритами недавно предложили ученые из Калифорнийского университета: миниатюрное ультразвуковое устройство, которое посылает высокочастотные волны в жидкий электролит. В результате электролит внутри батареи находится в постоянном движении, вынуждая литий равномерно распределяться по аноду, поэтому дендриты просто не могут вырасти.

Такое устройство увеличивает срок службы батареи и ускоряет процесс зарядки. Тесты показали, что «ультразвуковой» аккумулятор заряжается до 100% всего за 10 минут и сохраняет стабильность на протяжении 250 циклов.