eScience: С помощью реактивной химии ученые создали анод без дендритов

Металлические калиевые батареи, МБК — перспективная альтернатива литий-ионным батареям. Они обладают рядом преимуществ, но есть проблемы, которые необходимо решить: неконтролируемый рост дендритов и межфазная нестабильность. Эти проблемы создают угрозу для стабильности работы батарей.

Чтобы повысить эффективность и безопасность металлических калиевых батарей, нужно провести дополнительные исследования и разработать новые технологии для стабилизации интерфейса анода и предотвращения образования дендритов.

Исследователи из Северо-Восточного университета и их соавторы опубликовали свои результаты в журнале eScience.

Учёные разработали новый метод создания гибридного слоя на основе металла, обогащённого KF/Zn. Этот слой улучшает перенос ионов и электронов, что позволяет создать анод с улучшенными электрохимическими свойствами. Такой анод сохраняет стабильность в течение 2000 часов циклической работы.

Команда разработала гибридный слой KF/Zn на металлических калийных анодах. Благодаря реактивной технике предварительного смачивания, батарея стала более стабильной и эффективной.

Фторид калия (KF) защищает электроны от туннелирования и не даёт расти дендритам, а нанокристаллы цинка (Zn) улучшают проводимость тока и движение ионов. Этот двухслойный интерфейс стабилизирует анод, обеспечивая свободное перемещение ионов и электронов. Это важно для долгой работы батареи.

Исследование показало, что батареи с анодом KF/Zn@K работали стабильно более 2000 часов в циклическом режиме с минимальными колебаниями напряжения и без дендритов. Полные элементы батареи с таким анодом также показали высокую ёмкость — 61,6 мАч/г при 5 C в течение более 3000 циклов. Это важный шаг к созданию безопасных и эффективных батарей на основе металлического калия для хранения энергии.

Доктор Вэнь-Бинь Луо, ведущий исследователь:

Мы предлагаем простое и эффективное решение проблемы роста дендритов в металлических калиевых батареях.

Мы разработали гибридный интерфейсный слой, который уравновешивает транспорт ионов и электронов. Это не только повышает производительность батарей, но и значительно улучшает их безопасность. Благодаря этому PMB становятся более жизнеспособными для широкого применения в области хранения энергии.

Создание металлического калиевого анода без дендритов открывает новые возможности для создания безопасных и надёжных ПМБ. Они могут сыграть решающую роль в крупномасштабных системах хранения энергии. Этот прорыв решает важнейшие проблемы безопасности и предлагает масштабируемый подход к увеличению плотности энергии и срока службы будущих батарей. Это может произвести революцию в технологиях хранения возобновляемой энергии.

18.09.2024