Съвременните литиево-йонни батерии с графитни аноди постепенно достигат предела на възможностите си, поради което изследователите активно търсят начини да увеличат значително количеството енергия, съхранявано при същата маса на батерията. Група китайски учени е успяла да създаде литиево-метални батерии с пакетна конструкция и специфична енергия над 600 Wh/kg.

Резултатите от изследването на учените са публикувани в научното списание Nature Communications. Както отбелязва CarNewsChina, масово произвежданите литиево-йонни батерии с графитни аноди вече се приближават към теоретичния си предел на специфична енергия, който възлиза на около 350 Wh/kg. За електромобилите по-нататъшното увеличаване на този показател също е важно, но нуждата от по-леки и с по-голям капацитет източници на енергия се усеща особено остро в авиацията.

За едно от перспективните решения се считат литиево-металните батерии, в които вместо традиционния графитен анод се използва метален литий. Въпреки това практическото приложение на тази технология засега се затруднява от необходимостта едновременно да се осигурят висока специфична енергия, достатъчен ресурс и безопасност. По-конкретно, такива клетки са податливи на ускорено разлагане на електролита и образуване на литиеви дендрити, особено при работа с високи напрежения.

Китайските изследователи предложиха тези проблеми да се преодоляват с помощта на защитни слоеве, които се образуват върху повърхността на електродите. Тънкослойното покритие на катода го предпазва от повреди при високо напрежение, а защитният слой върху металния литиев анод спомага за по-равномерния пренос на литиеви йони и потиска образуването на дендрити, като по този начин намалява свързаните с тях рискове. Веществата, необходими за образуването на защитните слоеве, се добавят директно в електролита при производството на батерийната клетка.

Създадените от изследователите прототипи на батерии с пакетна конструкция с капацитет 10 Ah и трикомпонентни катоди (NMC) с високо съдържание на никел достигнаха специфична енергия от 550 Wh/kg. След 180 цикъла на зареждане и разреждане те запазиха около 80% от първоначалния си капацитет.

Използването на катод с високо съдържание на манган е позволило увеличаване на специфичната енергия до 603 Wh/kg. Това е приблизително с 1,5 пъти повече от показателите на най-добрите серийни литиево-йонни батерии. Технологията обаче все още е в етап на изследване, а ресурсът от 180 цикъла е твърде малък за повечето масови приложения, поради което може да мине доста време, преди подобни батерии да се появят в серийни електромобили или летателни апарати.

Междувременно най-големият световен производител на тягови батерии CATL проучва и други перспективни химически системи. По-рано компанията съобщи, че работи върху литиево-въздушни акумулатори, чиято теоретична специфична енергия може да достигне 12 000 Wh/kg, което ги доближава по този показател до течните въглеводородни горива.