Недавно китайские исследователи преодолели ограничения по плотности энергии и производительности традиционных литий-ионных аккумуляторов, разработав мягкоупакованные элементы с плотностью энергии более 600 ватт-часов/кг и модульные аккумуляторные батареи с показателем 480 ватт-часов/кг. Эти показатели производительности напрямую повышают плотность энергии и время автономной работы существующих литий-ионных аккумуляторов в 2-3 раза.

С быстрым развитием таких новых направлений, как электрический транспорт, низковысотная экономика, потребительская электроника и гуманоидные роботы, потребность в перезаряжаемых аккумуляторах с высокой энергоемкостью и длительным сроком службы становится все более острой. Плотность энергии является ключевым показателем аккумулятора, а то, как хранить больше энергии при одновременном снижении веса и размера, представляет собой техническую задачу, над преодолением которой стремятся работать исследователи по всему миру.

Литий-металлические аккумуляторы, обладающие значительно более высокой теоретической плотностью энергии, чем традиционные литий-ионные аккумуляторы, считаются технологией аккумуляторов следующего поколения, способной решить проблемы ограничений производительности и времени автономной работы существующих аккумуляторов. Однако существующим конструкциям электролитов сложно одновременно удовлетворять требованиям по повышению энергетической отдачи аккумулятора и срока службы при циклировании.

После многих лет инновационных исследований и технических прорывов исследовательская группа Тяньцзиньского университета совместно с партнерами впервые предложила концепцию "делокализованного" дизайна электролитов для литий-металлических аккумуляторов с высокой энергоемкостью. Эта концепция преодолевает зависимость традиционного дизайна электролитов от доминирующей сольватационной структуры, обеспечивая одновременно повышение плотности энергии и общей производительности. Результаты исследования были опубликованы в международном академическом журнале Nature 13 августа.

Ху Вэньбинь, профессор Школы материаловедения и инженерии Тяньцзиньского университета и руководитель группы, объяснил, что благодаря этой инновации исследовательская группа достигла целевых показателей производительности для аккумулятора с высокой плотностью энергии "Battery600" и успешно реализовала масштабируемость для аккумуляторного блока с высокой плотностью энергии "Pack480," заложив важную основу для будущего применения литий-металлических аккумуляторов. Кроме того, технология также демонстрирует превосходную циклическую стабильность и безопасность.

В настоящее время, используя такие национальные платформы, как Национальная инновационная платформа интеграции промышленности, образования и технологий накопления энергии Тяньцзиньского университета и Национальная ключевая лаборатория функциональных материалов из драгоценных металлов, команда активно продвигает техническую трансформацию и прикладную проверку этих результатов. Уже создана пилотная производственная линия для литий-металлических аккумуляторов с высокой энергоемкостью, которые были успешно применены в трех моделях миниатюрных полностью электрических беспилотных летательных аппаратов в Китае, увеличив время полета в 2.8 раза по сравнению с существующими аккумуляторами.

Сообщается, что в настоящее время команда освоила ключевые технологии всей цепочки литиевых аккумуляторов с высокой энергоемкостью, а именно "материалы-электролит-электрод-аккумулятор". Все сырьевые материалы и ключевые технологии являются самостоятельно контролируемыми, а команда обладает возможностью массового производства с высокой стабильностью качества. Ожидается, что полное введение в производство состоится во второй половине этого года.