By Щоб електричні транспортні засоби могли долати довші відстані без під’єднання до зарядного пристрою, акумулятори мусять бути потужніші. Розв’язанням проблеми могли б стати літієво-металеві акумулятори з анодом із металевого літію. Їхня ємність набагато більша, ніж у повсюдно використовуваних літієво-іонних акумуляторів із графітовим анодом. На жаль, літієво-металеві акумулятори швидше виснажуються, що обмежує час їхнього використання. Дослідники все-таки знайшли метод заряджання, який дає змогу відновити систему, значно подовжуючи час експлуатації акумуляторів – пише Софі Бушвік у журналі Scientific American.
Коли літієві акумулятори заряджаються або розряджаються, іони літію переміщуються між позитивно зарядженим катодом і негативно зарядженим анодом. У випадку анода, що використовується в літієво-металевих акумуляторах, побічним наслідком процесів стає відділення від нього крихт металу й виникнення всередині акумуляторів літієвих “острівців”, які, як здавалося ще недавно, неможливо усунути. Дослідники зі Стенфордського університету все-таки знайшли спосіб, щоб змусити ті розгублені фрагменти пересуватися в заданому напрямку під час заряджання й розряджання акумулятора. Своє відкриття вони описали в Nature.
Науковці виявили, що “острівці” можна розхитати так, аби вони відновили електричний контакт з анодом. Вони зауважили, що матеріал можна заново з’єднати, дещо розряджаючи акумулятор відразу ж після його повногозарядження. “Так ми досягаємо того, що втрачений літій наближається до анода, що дає змогу відновити електричне з’єднання”, – пояснює Фанг Ліу, дослідниця матеріалів зі Стенфордського університету й головна авторка публікації. Коли таку процедуру було застосовано у випадку літієво-металевого тестового акумулятора, час його дії подовжився на 29 %, якщо порівняти з акумулятором, який заряджали та розряджали в традиційний спосіб.
Кілсі Гатцелл, електрохімічка і дослідниця матеріалів із Принстонського університету, яка не брала участі в згаданих дослідженнях, визнає, що це відкриття допомагає зрозуміти основи функціонування літієво-металевих акумуляторів. “Спостереження […] за динамікою ізольованих осадів літію в акумуляторах є важким завданням”, – пояснює вона, додаючи, що дослідники “опрацювали чимало цікавих експериментів, аби зрозуміти, як відбуваються процеси”. Та все ж підкреслює, що практичне застосування здається ще досить віддаленим; тим акумуляторам усе ще бракує багато чого для досягнення очікуваного часу функціонування на рівні тисячі циклів заряджання-розряджання.
Дослідники зі Стенфордського університету сподіваються, що їм вдасться ще доопрацювати метод заряджання літієво-металевих акумуляторів, щоб максимізувати час їхнього життя. Вони працюють також над протоколом заряджання, що збільшив би період використання літієво-іонних акумуляторів. “Вважаю, що [ця праця] є важливим відкриттям у сфері літієво-іонних і літієво-металевих акумуляторів, – переконує Йі Куі, дослідник матеріалів зі Стенфордського університету та співавтор праці. – Висновки можна поширити на всі акумулятори”.
