Проблема и поиск решений
В современных устройствах, таких как смартфоны и ноутбуки, широко применяются графитовые аноды, отличающиеся стабильностью, но низкой энергоемкостью. Альтернативой выступает кремниевый анод, способный хранить в 10 раз больше лития. Однако его использование осложняется значительным расширением (до 300%) при циклах заряда-разряда, что разрушает контакт с электролитом и снижает производительность батареи.
Ученые пытались решить проблему, заменяя жидкий электролит на твердотельный (QSSE). Это улучшило стабильность, но не предотвратило потерю контакта при деформации кремния.
Прорывная технология IEE
Группа исследователей из POSTECH и Университета Соган (Корея) разработала инновационный подход — In Situ Interlocking Electrode–Electrolyte (IEE). В этой системе электрод и электролит не просто механически соприкасаются, а формируют прочные химические связи, подобно кирпичной кладке, скрепленной раствором. Это обеспечивает стабильность соединения даже при значительном расширении кремния.
Результаты испытаний
Эксперименты, опубликованные в журнале Advanced Science, показали:
- Удельная энергия — 403,7 Вт·ч/кг (на 60% выше коммерческих ЛИА).
- Объемная плотность энергии — 1300 Вт·ч/л (почти вдвое больше аналогов).
При этом традиционные батареи теряли емкость уже после нескольких циклов, тогда как IEE-система сохраняла стабильность.
Значение разработки
«Наша технология открывает путь к созданию аккумуляторов с рекордной емкостью и повышенной долговечностью», — отмечает профессор Пак Суджин (POSTECH). По словам профессора Рю Джегона (Университет Соган), IEE ускорит внедрение кремниевых батарей на рынок.
Ключевые преимущества технологии:
- Повышенная энергоемкость — использование кремния вместо графита радикально увеличивает запасаемую энергию.
- Циклическая стабильность — химические связи между электродом и электролитом предотвращают разрушение контакта, продлевая срок службы аккумулятора.
Вызовы для внедрения
Несмотря на успех, остаются вопросы к масштабированию технологии. Кремний дороже графита, а процесс формирования химических связей может усложнить производство. Однако решение этих задач позволит совершить прорыв в электромобильности и энергетике, где критически важны компактность, мощность и долговечность систем хранения энергии.