Физики разработали новый материал для аккумуляторов будущего

Исследователи из Института медицинских исследований Макса Планка (Германия) разработали инновационную технологию, которая может значительно улучшить литийионные батареи и аккумуляторы.

Их открытие, опубликованное в журнале ACS Nano, основано на использовании металлического флиса — тонкой сетки из медных или алюминиевых волокон — вместо традиционной фольги в электродах. 

Команда под руководством Йоахима Шпатца обнаружила, что металлический флис, состоящий из тонких волокон (диаметром в доли миллиметра), создает трехмерную сеть, которая ускоряет движение ионов лития в 56 раз по сравнению с обычным электролитом. Это происходит благодаря «слою Гельмгольца» — электрическому двойному слою на поверхности металла, где ионы теряют свою молекулярную оболочку и движутся как по автомагистрали.

В отличие от традиционных батарей, где электроды ограничены толщиной 0,2 мм из-за медленного транспорта ионов, флисовые электроды могут быть до 2 мм — в 10 раз толще. Это увеличивает долю активного материала (например, графита или литийсодержащих соединений) до 90 % от веса батареи, снижая долю меди или алюминия.

Это позволяет увеличить плотность энергии анода до 85 %, а всей батареи — на 40 %, сократить использование меди вдвое, что делает их легче и мощнее. А также снизить производственные затраты на 30–40%

Традиционные литийионные батареи используют тонкую фольгу (медь для анода, алюминий для катода), на которую наносят активный материал. Тонкие слои (0,2 мм) нужны для быстрой зарядки, но они ограничивают емкость. Толстые электроды увеличивают емкость, но замедляют зарядку. Флис решает эту дилемму, создавая 3D-сеть, подобную кровеносным сосудам в организме, которая эффективно доставляет ионы и электроны.

Технология применима не только к литийионным батареям, но и к перспективным натрий-ионным и твердотельным батареям. Компания Batene GmbH, основанная в 2022 году с инвестициями, уже привлекла внимание автопроизводителей. В 2024 году стартап получил премию Макса Планка (€30 000) за инновации.