Литий-металлические батареи (ЛМБ) — это Святой Грааль энергохранилищ. Их теоретическая энергоемкость достигает 950 Вт·ч/кг, что в разы выше, чем у современных литий-ионных аналогов. Но есть проблема: они капризны, опасны и быстро выходят из строя. Ученые из Чжэнчжоуского университета предложили шесть стратегий, которые могут наконец-то вывести ЛМБ из лабораторий в реальный мир.

Результаты опубликованы в издании Materials and Solidification.

Электролит — это кровь батареи. Если подобрать правильный состав (например, фторированные растворители и соли LiFSI), можно добиться КПД 99,8% и стабильной работы даже при высоких напряжениях.

Искусственный защитный слой — как броня. Покрытия из поливинилового спирта или двойного слоя берлинской лазури и графена подавляют рост дендритов и увеличивают срок службы до 630 циклов с эффективностью 98,3%.

Разделитель с умными добавками — например, графеновое покрытие или полимеры с заряженными группами — выравнивает поток ионов лития и гасит перегрев, позволяя батарее работать 4500 часов при высокой нагрузке.

Твердые электролиты — вместо жидких. Они не горят и не текут, а некоторые даже гнутся без потери проводимости.

Трехмерные каркасы из пористого углерода или композитов (вроде MXene и графена) снижают нагрузку на анод и замедляют деградацию — всего 0,1% потери емкости за цикл.

Батареи без избыточного лития — здесь анод формируется прямо во время работы. Специальные покрытия (например, серебро в пористом полимере) и импульсные токи помогают сохранить 76% емкости после 100 циклов в реальных условиях.

Но главное — комбинировать подходы. Ни одна технология не сработает идеально сама по себе. Синхронизация ионных потоков, новые методы анализа (вроде рентгеновской томографии) и даже ИИ для поиска материалов — вот что ускорит прорыв. Если удастся масштабировать эти решения, ЛМБ изменят все: от электромобилей до энергосетей.

Это не просто академическая работа, а готовое руководство к действию для индустрии. Ученые систематизировали разрозненные наработки, выделили ключевые векторы и показали, как их сочетать. Особенно ценно, что они не ограничились теорией — каждая стратегия подкреплена конкретными цифрами (КПД, циклы, срок службы). Это экономит годы проб и ошибок для производителей.

В работе не хватает анализа стоимости решений. Например, твердые электролиты или MXene-каркасы могут быть дорогими для массового производства. Без экономических расчетов часть предложений рискует остаться нишевыми.

Ранее ученые разработали батарею, которая продолжает работать даже после повреждений.