Литий-металлические аккумуляторы считаются ключевой технологией для следующего поколения систем хранения энергии: литиевый металл обладает очень высокой теоретической ёмкостью. В паре с высоконикелевыми катодами, такими как NCM90, можно получить рекордную удельную энергию. Но при высоких C‑рейтах возникают серьёзные проблемы как на аноде, так и на катоде.
CBT: целлюлозный сепаратор с цеолитом бикитаитом
Группа профессора Сон-Юл Рю (Hanbat National University, Республика Корея) разработала целлюлозный сепаратор, пропитанный цеолитом бикитаитом, получивший название CBT. Концепция основана на сочетании:
- пористой структуры целлюлозы;
- ион-проводящих каналов цеолита бикитаита.
В результате формируется сеть взаимосвязанных путей для переноса Li⁺ через сепаратор. Измеренные параметры CBT:
- ионная проводимость
3.45 × 10⁻³ S/см; - число переноса Li⁺
0.742.
Это обеспечивает быстрый и более равномерный транспорт ионов, снижает поляризацию и облегчает электрохимические реакции при высоких токах.
Двойной эффект: катод и анод
В ячейках Li‖NCM90 преимущество CBT по катоду растёт с увеличением тока разряда:
- 1C: CBT и обычный PE-сепаратор — около 197 мА·ч/г;
- 2C: CBT — 187 мА·ч/г, PE — 165 мА·ч/г;
- 4C: CBT — 163 мА·ч/г, PE — 115 мА·ч/г (прирост ≈ 42%).
На литий-металлическом аноде дендриты практически не наблюдались. Литий осаждался в виде более гладкого и плотного слоя и равномерно удалялся при стриппинге, что говорит о стабилизации SEI и более однородном распределении тока.
Долговечность также улучшилась: при 2C заряд / 4C разряд ячейки с CBT сохраняли около 60% ёмкости после ~2500 циклов. При −25°C оставалось ≈68.9% начальной ёмкости после 150 циклов. Структура CBT сохранялась вплоть до 200°C.
Практический инструмент для индустрии
В отличие от разработки новых материалов анода/катода, модификация функционального сепаратора уже применяется в промышленности (например, керамические покрытия). Работа показывает, что сепараторы, управляющие переносом ионов, такие как CBT, могут стать удобным рычагом для повышения мощности и энергоёмкости литий-металлических аккумуляторов без смены базовой химии электродов.
Источник: Phys.org
