Наноалмазы предотвращают короткие замыкания в батареях

Как установила команда исследователей с факультета материаловедения Дрексельского университета (штат Нью-Джерси), добавление мельчайших алмазов в раствор электролита эффективно предотвращает зарождение и рост дендритов, ответственных за возгорания литиевых батарей.

Полученные группой результаты её руководитель, профессор Юрий Готоцкий (Yury Gogotsi) изложил в недавно опубликованной статье «Nanodiamonds Suppress Growth of Lithium Dendrites» (журнал Nature Communications). Там объясняется механизм, с помощью которого алмазные нанокристаллы подавляют электрохимическое осаждение (плакирование), подвергающее литиевые батареи опасности взрыва.

Сегодня с дендритами борются, применяя электрод, сделанный из графита, насыщаемого литием. Это решает проблему, но энергоемкость такого электрода на порядок меньше, чем у состоящего из чистого лития. Открытие команды Готоцкого важно тем, что алмазы защищают от появления дендритов литиевый электрод, позволяя реализовать его полный потенциал.

В индустрии электролитического осаждения наноалмазы уже давно применяются как способ получения более однородного металлического покрытия. Они значительно мельче и дешевле ювелирных алмазов, но имеют такую же упорядоченную структуру и характерную форму. Это позволяет им осаждаясь слипаться вместе, образуя гладкую поверхность.

Дрексельские материаловеды вместе с коллегами из китайских университетов в Пекине и Ухане обнаружили, что литиевые ионы легко присоединяются к таким нанокристаллам, благодаря чему осаждаются на поверхность электрода так же упорядоченно и равномерно.

Эксперимент не выявил никаких признаков появления дендритов даже после 100 циклов перезарядки батареи. В непрерывных циклических испытаниях батареи, модифицированные наноалмазами сохраняли стабильность на протяжении 200 часов. Этого достаточно для некоторых промышленных и военных задач, но для ноутбуков или смартфонов характеристики стабильности таких батарей необходимо улучшить. Также в планах ученых комплексная проверка работы нового механизма подавления дендритов – долгосрочная обкатка батарей в разных физических условиях, при разных температурах.