POSTECH: термообработка медного токосъёмника продлила жизнь безанодных литиевых ячеек более чем в 5 раз

Исследователи POSTECH показали, что ровность роста лития в безанодных литий-металлических батареях зависит от границ зёрен в медном токосъёмнике, и разработали способ управлять ими. Об этом университет сообщил 11-го числа, передаёт kpinews.kr kpinews.krkpinews.krkpinews.krОткрыть источник ↗. В группу вошли профессора Мина Ли и Чихён Хон с кафедры аккумуляторной инженерии, а также группа профессора Дон-Ёна Кима с химической кафедры Чонбукского национального университета. Работа опубликована в онлайн-версии журнала ACS Energy Letters.

Почему важна медная фольга

В безанодной ячейке нет анодного материала: литий осаждается прямо на тонкую медную фольгу, что снижает массу и объём. Но при повторяющихся зарядах и разрядах литий накапливается неравномерно, теряет электрический контакт, и срок службы ячейки быстро падает. Прежние работы были сосредоточены на покрытиях и структурах поверх фольги, а саму медь считали лишь проводящим путём.

Под увеличением медная фольга состоит из мелких зёрен, в каждом из которых атомы уложены в одном направлении; зёрна сцеплены, как плитки мозаики. На стыках зёрен порядок атомов нарушен. Авторы установили, что равномерный рост лития определяется не ориентацией зёрен, а тем, сколько существует границ и насколько хорошо они сопряжены.

Термообработка и результаты

Исследователи подвергали медную фольгу термообработке, регулируя размер зёрен. С ростом температуры зёрна укрупнялись, границ становилось меньше, а оставшиеся выравнивались. Делать всю фольгу монокристаллом не требовалось; практическим оптимумом оказалась температура около 850 °C kpinews.krkpinews.krkpinews.krОткрыть источник ↗.

При осаждении на фольгу с беспорядочными границами литий скапливался в отдельных местах и рос веткообразными структурами. На фольге с упорядоченными границами он ложился плоским плотным слоем по всей поверхности. Атомистическое моделирование показало, что беспорядочные границы действуют как высокие «лежачие полицейские» и удерживают литий на месте, а упорядоченные дают более низкие барьеры, и литий распространяется шире. Безанодные ячейки с такой медью служили более чем в пять раз дольше. Подход использует только термообработку, без сложного процесса получения монокристаллов.