Двойной слой электродов обеспечивает стабильность и ускоренную зарядку кремниевых аккумуляторов нового поколения

Исследователи Университета Королевы Марии в Лондоне разработали новаторскую двуслойную архитектуру кремниевых композитных электродов, существенно повышающую стабильность при циклировании и ускоряющую зарядку литий-ионных батарей. Работа раскрывает основные электрохимико-механические механизмы в нанопористой матрице, обеспечивающие высокую энергоёмкость при минимальном механическом износе.

Внутренний слой представлен сетью «ситчатых» субнанометровых пор, создающих быстрые каналы для ионов лития, тогда как внешний слой содержит объёмные полости, компенсирующие значительное расширение кремниевой структуры во время литирования.

Субнанометровые поры на входе способствуют удалению растворителей с ионов, что оптимизирует локальную среду и стимулирует формирование прочного неорганического слоя SEI (твёрдый электролитический интерфейс).

Насыщенный фтористым литиевым соединением (LiF) SEI в сочетании с жёсткой углеродной матрицей предотвращает образование вредных кристаллических фаз кремния (c-Li15Si4), способных сократить долговечность аккумулятора. В испытаниях сохранение ёмкости превысило 97% после 200 циклов, а деградация составила лишь 0,015% за цикл.

Пилотные образцы подтверждают перспективу длительной эксплуатации: более 1700 циклов с удержанием 80% исходной ёмкости и возможность полного заряда за 10 минут, что существенно ускорит переход к электромобилям с увеличенной дальностью и снизит общие расходы на эксплуатацию.

По словам профессора Сюэкуна Лу, руководителя проекта, «впервые удалось наглядно показать, как микромасштабные и наноструктурные элементы взаимодействуют с электрокаталитическими процессами, открывая новые горизонты совершенствования аккумуляторных материалов».

Источник: iXBT