Печатные массивы лития 10–28 мкм с Mg(TFSI)₂ дали 504 Вт·ч/кг в лабораторных ячейках

Исследователи описали метод трафаретной печати ультратонких анодов из металлического лития в статье, опубликованной в Nano-Micro Letters 21 августа 2026 года. Расплавленный литий печатали через маску на медь в виде изолированных микродисков и получили массивы с эквивалентной толщиной 10, 20 и 28 μm doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Команда также показала изготовление на площади около 30 × 10 см² doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Аноды испытали в лабораторных ячейках с жидким электролитом и твердотельных.

Печатные массивы микродисков лития

Ультратонкий литий уменьшает массу батареи, но расплавленный литий плохо смачивает медные токосъёмники. Он собирается в капли вместо равномерного растекания, поэтому получить однородные сплошные плёнки трудно doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Обычные методы изготовления к тому же могут требовать дорогого оборудования или сложных технологических шагов.

Вместо покрытия всей поверхности меди исследователи печатали отдельные диски. Меняя их размер, шаг и толщину, задают количество лития на электроде. По словам авторов, промежутки между дисками компенсируют изменение объёма при работе и снижают механические напряжения.

Межфазный слой с Mg(TFSI)₂ и результаты ячеек

В тонком аноде мало лития, поэтому его потери при циклировании существеннее. В расплавленный литий добавили бис(трифторметансульфонил)имид магния Mg(TFSI)₂. В ходе обработки он реагирует с литием с образованием LiF, Li₃N и Li₂S, а также сплавов лития с магнием doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Эти неорганические частицы способствуют однородному осаждению лития и образованию богатого неорганикой твердоэлектролитного межфазного слоя; вместе это подавляет расход активного лития doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.

В ячейке с жидким электролитом анод с эквивалентной толщиной лития 10 μm и катодом из фосфата железа-лития сохранял стабильную работу более 260 циклов при кулоновской эффективности выше 99,8% doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Соответствующий немодифицированный массив лития терял ёмкость заметно быстрее.

С нагруженными высоким содержанием активного материала никель-богатыми катодами расчёт на уровне сборки для анода с эквивалентной толщиной лития 20 μm дал гравиметрическую плотность энергии 504 Wh kg⁻¹ и объёмную 1071 Wh L⁻¹ doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗. Это расчётные значения, а не измерения на готовой батарее.

В твердотельных ячейках с гелевым электролитом, полимеризованным in situ, массивы лития также улучшили циклирование с высокозагруженными катодами doi.orgNano-Micro Lettersdoi.orgОткрыть источник ↗.