Литиевые металлические батареи (ЛМБ) — одни из самых перспективных кандидатов на роль энергохранилищ нового поколения. Их теоретическая емкость огромна, а электрохимический потенциал крайне низок. Но есть проблема: при напряжении выше 4,4 В они становятся нестабильными. Главная беда — неравномерное формирование интерфейсов, из-за чего растут дендриты, падает емкость, а батареи могут даже загореться.

Дендриты — это игольчатые структуры, которые образуются на аноде литиевой батареи при неравномерном осаждении лития. Они прокалывают сепаратор, вызывают короткое замыкание и могут привести к возгоранию.

Команда профессоров Дэнни Лэй и Чэнсиня Вана из Университета Сунь Ятсена предложила решение — добавку PAFE для электролита. Их исследование, опубликованное в издании National Science Review, показывает, как этот состав позволяет ЛМБ стабильно работать при рекордных 4,7 В.

PAFE — это смесь трех компонентов: этоксида алюминия (Al (EtO)₃), фторэтиленкарбоната (FEC) и пентафторциклотрифосфазена (PFPN). Этоксид алюминия создает трехмерную полимерную сеть, которая помогает равномерно распределять в защитном слое батареи частицы LiF, Li₃N, Li₃P и Al₂O₃.

Этот слой снижает энергетический барьер для ионов лития — они движутся плавно, без скачков напряжения. PFPN заодно работает как антипирен, уменьшая риск возгорания.

В тестах с катодами NCM811 и литиевым анодом батареи с PAFE сохранили 80% емкости после 140 циклов при 4,7 В. Пакетные элементы на 1 А·ч не раздулись даже после долгой работы.

Суть в том, что правильные добавки позволяют «запрограммировать» нужную структуру защитного слоя с самого начала. Это не только улучшает стабильность ЛМБ, но и открывает путь к еще более мощным батареям.

PAFE дешев в производстве, совместим с текущими технологиями и готов к масштабированию.

Этот метод может ускорить коммерциализацию ЛМБ. Сейчас их главные проблемы — пожароопасность и деградация при высоких напряжениях. Если PAFE действительно так стабилен, это позволит:

• Увеличить емкость аккумуляторов для электромобилей без роста размеров.
• Снизить риск возгорания — критично для бытовой электроники.
• Упростить производство, так как добавки доступны и дешевы.

Но ключевое — это возможность работы при 4,7 В. Чем выше напряжение, тем больше энергии можно запасти в том же объеме.

Исследование не учитывает долгосрочное влияние добавок на электролит. Например, Al (EtO)₃ может гидролизоваться при контакте с влагой, что со временем ухудшит работу батареи. Также тесты проводились в лабораторных условиях — реальные нагрузки (перепады температур, вибрация) могут выявить скрытые проблемы.

Ранее ученые заявили, что от литиевого голода спасет переработка батарей.