Американські вчені придумали, як наносити металевий літій на поверхню, уникаючи при цьому шару корозії. Це призвело до дивного відкриття.
Дослідники Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі розробили спосіб нанесення металевого літію на поверхню, уникаючи при цьому шару корозії, який зазвичай утворюється. Виявилося, що без нього метал приймає небачену раніше форму — крихітну 12-гранну фігуру.
Перезаряджювальні літій-іонні акумулятори живлять смартфони, електромобілі і накопичувачі для сонячної та вітрової енергії. Вони з’явилися в результаті іншої технології, літій-металевої батареї, яка не стала такою популярною. І на це є причина. Хоча літій-металеві батареї утримують приблизно в два рази більше енергії, ніж літій-іонні, вони легше загоряються або навіть вибухають.
Тепер співробітники Інституту наносистем в Каліфорнійському університеті Лос-Анджелеса зробили фундаментальне відкриття, яке призведе до розробки більш безпечних літій-металевих батарей. Дослідження опубліковано в журналі Nature.
Рендерінг форми ромбічного додекаедра, яку атоми літію сформували на поверхні за допомогою методу дослідників для запобігання корозії, зверху, з чотирма ілюстраціями (середній, нижній ряди), які показують неправильні форми, які з’являлися в умовах, коли утворилася корозія. Ілюстрація: Li Lab / UCLA
Металевий літій так легко реагує з хімічними речовинами, що при нормальних умовах корозія утворюється майже відразу, коли метал укладають на електроди. Але інженери розробили метод, який запобігає її появі. Виявилося, що у відсутності корозії атоми літію збираються в дивовижну форму — ромбододекаедр, 12-сторонню фігуру, схожу на гральні кістки.
Літій-іонна батарея зберігає позитивно заряджені атоми літію в клітчатій структурі вуглецю, яка покриває електрод. Навпаки, літій-металева батарея покриває електрод металевим літієм. Це дозволяє упакувати в 10 разів більше літію в один і той же простір в порівнянні з літій-іонними батареям. Це пояснює зростання як продуктивності, так і небезпеки.
Процес укладання літієвого покриття заснований на більш ніж 200-річному методі, який використовує електрику і розчини електролітів. Часто літій утворює мікроскопічні нитки з виступаючими шипами. Якщо два з цих шипів перетинаються в батареї, це може викликати коротке замикання, яке призводить до вибуху.
Відкриття істинної форми літію за відсутності корозії передбачає, що ризик вибуху літій-металевих батарей можна послабити. Все завдяки тому, що атоми накопичуються в упорядкованих формах.