Недавно китайские исследователи преодолели ограничения по плотности энергии и характеристикам обычных литий-ионных аккумуляторов, разработав пакетные ячейки с плотностью энергии более 600 Вт·ч/кг и аккумуляторные модули с плотностью энергии 480 Вт·ч/кг. Эти показатели позволяют увеличить плотность энергии и время автономной работы существующих литий-ионных аккумуляторов в 2–3 раза.

В условиях стремительного развития новых отраслей, таких как электротранспорт, низковысотная экономика, потребительская электроника и человекоподобные роботы, потребность в перезаряжаемых аккумуляторах с высокой энергоёмкостью и длительным сроком службы становится всё более острой. Плотность энергии — один из ключевых показателей аккумулятора. Уменьшение массы и габаритов при одновременном увеличении запаса энергии — техническая задача, над решением которой работают исследователи по всему миру.

Благодаря значительно более высокой теоретической плотности энергии по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами литий-металлические аккумуляторы считаются технологией следующего поколения, способной преодолеть ограничения существующих аккумуляторов по характеристикам и времени автономной работы. Однако современные решения в области электролитов пока не позволяют одновременно повысить энергоотдачу и срок службы аккумулятора при циклической эксплуатации.

После многолетних инновационных исследований и технических прорывов исследовательская группа Тяньцзиньского университета совместно с партнёрами предложила новаторскую концепцию «делокализованной» структуры электролита для литий-металлических аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Она устраняет зависимость традиционных конструкций электролитов от доминирующей структуры сольватации и позволяет одновременно повысить плотность энергии и общие характеристики аккумулятора. Результаты исследования были опубликованы 13 августа в международном научном журнале Nature.

Ху Вэньбинь, профессор Школы материаловедения и инженерии Тяньцзиньского университета и руководитель группы, пояснил, что благодаря этой инновации исследователи достигли целевых показателей аккумулятора высокой плотности энергии «Battery600» и успешно обеспечили возможность масштабирования аккумуляторного блока высокой плотности энергии «Pack480», заложив важную основу для будущего применения литий-металлических аккумуляторов. Кроме того, технология отличается высокой стабильностью при циклировании и безопасностью.

В настоящее время группа активно продвигает внедрение разработок и проверку их применения, используя национальные платформы, в том числе Платформу интеграции науки, образования и промышленности в области технологий хранения энергии Тяньцзиньского университета и Национальную ключевую лабораторию функциональных материалов из драгоценных металлов. Уже создана опытно-промышленная линия по производству литий-металлических аккумуляторов высокой плотности энергии. Эти аккумуляторы успешно применяются в трёх моделях миниатюрных полностью электрических беспилотных летательных аппаратов в Китае, увеличивая продолжительность полёта в 2,8 раза по сравнению с существующими аккумуляторами.

Сообщается, что группа уже освоила ключевые технологии полного цикла производства литиевых аккумуляторов высокой плотности энергии: «материалы — электролит — электрод — аккумулятор». Все сырьевые материалы и ключевые технологии находятся под независимым контролем, а группа способна обеспечить массовое производство с высокой стабильностью характеристик. Ожидается, что производство будет полностью запущено во второй половине этого года.