Аккумуляторы в смартфонах и электромобилях могут служить дольше — и без дорогих технологий

Generated by DALL·E

Литий-ионные аккумуляторы используются почти везде — от смартфонов и ноутбуков до электромобилей и систем хранения энергии. Несмотря на широкое распространение, у таких батарей есть известная проблема: со временем они теряют ёмкость и выходят из строя. Учёные уже много лет ищут способы замедлить этот процесс.

Литий-ионный аккумулятор состоит из двух электродов — отрицательного (анода) и положительного (катода), между которыми находится пористый разделитель. Всё это погружено в электролит — жидкость, по которой ионы лития перемещаются при зарядке и разрядке.

На аноде во время первых циклов работы батареи электролит частично разрушается. В результате образуется тонкий защитный слой. Он пропускает ионы лития, но блокирует дальнейшее разрушение электролита. Такой слой помогает стабилизировать работу аккумулятора и продлевает его срок службы. Это явление давно известно и хорошо изучено.

С катодом ситуация сложнее. Защитный слой на нём тоже может формироваться, но сделать его стабильным намного труднее. При высоких напряжениях и длительной эксплуатации электролит продолжает разрушаться, что ускоряет износ батареи. Именно деградация катода часто становится одной из причин снижения ресурса аккумулятора.

В последние годы исследователи обратили внимание на простой и сравнительно дешёвый подход — использование специальных химических добавок в электролите. Эти вещества подбираются так, чтобы они в первую очередь реагировали на поверхности катода и формировали защитную плёнку. Такая плёнка снижает побочные реакции и замедляет разрушение материалов.

Научные работы показывают, что некоторые недорогие добавки действительно помогают создать более устойчивый защитный слой на катоде. В результате батарея дольше сохраняет ёмкость и выдерживает больше циклов зарядки и разрядки. При этом не требуется сложных технологий производства или редких материалов — речь идёт о стандартной химии, уже знакомой промышленности.

Исследователи отмечают, что этот подход может быть особенно полезен для электромобилей и портативной электроники, где срок службы аккумулятора напрямую влияет на стоимость и удобство использования устройства. Пока такие решения находятся на стадии исследований и испытаний, но направление считается перспективным.

Таким образом, продление жизни литий-ионных батарей может быть связано не с радикальной сменой технологий, а с точной настройкой химического состава электролита. Небольшие изменения на уровне молекул способны заметно повлиять на срок службы привычных аккумуляторов.