Новые батареи без анода: прорыв в технологии питания электромобилей

Южнокорейская команда исследователей представила новый тип литий-металлической батареи без анода, который демонстрирует рекордную объёмную энергоёмкость — 1270 Вт·ч/л, почти в двое выше, чем у современных литий-ионных аккумуляторов, используемых в электромобилях сегодня. Такое решение может стать технологическим прорывом для электромобильной индустрии, значительно расширив дальность хода и уменьшив размеры батарей при том же объёме.

В отличие от традиционных батарей, где анод занимает значительное пространство и вес, анод-фри батареи полностью отказываются от него. Вместо графитового анода литий-ионы перемещаются из катода и осаждаются прямо на медный токосъёмник во время зарядки. Удаление анода освобождает внутренний объём для хранения энергии, аналогично тому, как увеличение бака позволяет автомобилю проехать дальше на том же объёме топлива.

Работа была проведена совместно учёными Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH), KAIST и Национального университета Кёнсан под руководством профессора Суджин Пак и других исследователей. Их статья опубликована в журнале Advanced Materials, что подтверждает научную степень новизны и надёжности результатов.

Однако, как и многие перспективные технологии, анод-фри конструкции сопряжены с серьёзными техническими проблемами. Основная из них — риск образования дендритов (острых микроструктур лития), которые могут пронизывать сепаратор между электродами, вызывая короткие замыкания и снижая безопасность. Неравномерное распределение лития также сокращает срок службы батареи.

Южнокорейской команде удалось частично решить эти задачи, применив комплекс из специально разработанного полимерного «Reversible Host» (RH) с наночастицами серебра, который направляет осаждение лития, и разработанного электролита (DEL), который формирует стабильную защитную поверхность на осаждённом литии. Такое сочетание дало высокую циклируемость и эффективность даже при значительной энергоёмкости.

Батареи обеспечили 81,9% сохранения первоначальной ёмкости после 100 циклов и 99,6% среднюю кулоновскую эффективность, что для прототипов нового типа весьма впечатляет. Эти результаты были получены не только в лабораторных элементах, но и в приближённых к реальному применению pouch-элементах — что усиливает их практический потенциал для электромобилей.

Разработка анод-фри батарей входит в более широкий контекст глобальных усилий по совершенствованию аккумуляторных технологий. Ранее промышленные игроки, такие как Panasonic, заявляли о планах коммерциализации аналогичных батарей к 2027 году, что указывает на готовность индустрии к таким инновациям и рост интереса к отказу от традиционной графитовой анодной конструкции.

Если эти технологии пройдут путь от лабораторий к массовому производству, они могут изменить проектирование электромобилей, сократить зависимость от тяжёлых батарей, снизить стоимость хранения энергии и стать важным шагом к более устойчивой и экологичной мобильности