Исследователи из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) разработали добавку на основе ионов серебра, которая повышает стабильность и энергоёмкость литий-металлических аккумуляторов без литиевого анода. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Литий-металлические батареи считаются перспективными для следующего поколения аккумуляторов благодаря высокой теоретической удельной ёмкости (количество энергии, которое материал может запасти на единицу массы) и низкому восстановительному потенциалу. В так называемых безанодных элементах вместо литиевого анода используется медный токосъёмник - деталь, на которую осаждается литий. Это упрощает производство и увеличивает плотность энергии. Однако обычная медь плохо взаимодействует с литием, что приводит к неравномерному осаждению металла и росту дендритов - нитевидных кристаллов, которые могут замыкать электроды и сокращать срок службы. Кроме того, естественная плёнка на границе электролита и электрода (твёрдоэлектролитная межфаза, SEI) нестабильна, что ограничивает ресурс батареи.

Чтобы решить эти проблемы, команда под руководством профессора Шао Миньхуа добавила в электролит добавку AMI, состоящую из ионов серебра и анионов (отрицательно заряженных ионов). Добавка выполняет несколько функций: улучшает смачиваемость меди литием, подавляет образование дендритов, способствует формированию стабильной плёнки SEI с богатым органикой внутренним слоем и неорганическим внешним, а также запускает полимеризацию электролита, превращая его в квазитвёрдый гель. Такой гель улучшает контакт между компонентами и ускоряет перенос ионов лития.

В испытаниях элемент в мягком корпусе ( pouch cell ) с этой добавкой показал удельную энергию 467 Вт·ч/кг - сопоставимо с коммерческими образцами. Полный монетный элемент ( coin cell ) сохранил 90% ёмкости после 200 циклов заряда-разряда. Эти результаты демонстрируют, что подход может лечь в основу более лёгких и долговечных аккумуляторов, хотя до массового производства ещё далеко.

"Ключ не в простом добавлении соли серебра или инициатора полимеризации, - поясняет Шао Миньхуа. - Наша добавка AMI высвобождает несколько функций в контролируемом процессе после сборки элемента, позволяя модифицировать токосъёмник, создать сольватационную структуру на основе анионов и сформировать прочную плёнку SEI за один интегрированный процесс". По его словам, это делает осаждение и растворение лития высокообратимыми в безанодной квазитвёрдотельной конфигурации, что закладывает основу для следующего поколения батарей.

В исследовании участвовали сотрудники лаборатории Шао: постдоки Юньи Чэнь (первый автор) и Сици Лу, бывший постдок Ситан Цянь, выпускник PhD 2026 года Юйсян Люй, а также аспиранты Ицань Цю, Сыюй Чжоу и Синьи Лань.

Источник: Tech Xplore