Исследователи из Китайской академии наук сообщили о разработке литий-металлической твердотельной батареи с плотностью энергии 451,5 Вт·ч/кг. Аккумулятор сохраняет стабильную работу при сверхбыстрой зарядке на уровне 20C, что соответствует примерно трехминутным циклам зарядки и разрядки.
Результаты работы опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society. В исследовании описан метод «пластификации совместимым растворителем», примененный для полимерных электролитов на основе поливинилиденфторида (PVDF). Этот материал рассматривается как один из перспективных для твердотельных аккумуляторов благодаря устойчивости к окислению и высокой ионной проводимости.
Авторы отметили, что традиционные пластификаторы для электролитов PVDF часто обладают ограниченной электрохимической стабильностью. Это приводит к постепенному разложению на границе электродов и снижает совместимость с литий-металлическими анодами и высоковольтными катодами.
Для решения этой проблемы ученые использовали летучий растворитель, который временно улучшает совместимость полимера со стабильными пластификаторами при изготовлении электролита. После формирования пленки растворитель испаряется, а пластификатор остается внутри полимерной структуры.
По данным исследователей, такой подход позволил сформировать стабильный межфазный слой с высоким содержанием фторида лития и сократить побочные реакции на обоих электродах.
Во время испытаний батарея сохранила 81,9% емкости после 700 циклов при использовании высоконикелевого катода на 4,7 В и скорости зарядки 20C. Также была продемонстрирована пакетная ячейка ампер-часового уровня с тонким литий-металлическим анодом и соотношением N/P 1,1.
Энергетическая плотность такой ячейки достигла 451,5 Вт·ч/кг, что более чем вдвое превышает показатели коммерческих литий-железо-фосфатных аккумуляторов для электромобилей, обычно находящихся на уровне около 200 Вт·ч/кг. Ячейка также прошла тест на прокол гвоздем, который используется для оценки безопасности аккумуляторов.
Разработка стала частью растущего числа проектов в области твердотельных батарей в Китае. Компания Ganfeng Lithium ранее сообщала о прохождении более 1100 циклов батареей плотностью 400 Вт·ч/кг и о начале инженерной проверки технологии. Прототип аккумулятора класса 500 Вт·ч/кг емкостью 10 А·ч был переведен в малосерийное производство.
Стартап Pure Lithium в мае заявил, что его твердотельная батарея продолжала работать после испытания на разрезание корпуса, а производственные мощности достигли 500 МВт·ч в год. Ряд китайских производителей, включая CATL, Sunwoda и Farasis Energy, рассчитывают вывести подобные батареи на рынок в период с 2026 по 2027 год.
При этом китайский рынок аккумуляторов для электромобилей по-прежнему в основном зависит от литий-железо-фосфатной химии. Лидером сегмента остается CATL с установленными мощностями 19,53 ГВт·ч и долей рынка 38,9%. Второе место занимает BYD с 10,49 ГВт·ч и долей 20,9%. (ppt.ru)