В связи с ростом числа электромобилей во всем мире увеличился спрос на вторичные батареи следующего поколения с большей емкостью и более быстрой зарядкой, чем используемые в настоящее время литий-ионные батареи. Литий-металлические батареи были признаны перспективными перезаряжаемыми батареями, поскольку литий-металлический анод демонстрирует теоретическую емкость в 10 раз выше, чем коммерческий графитовый анод. Однако во время процессов зарядки-разрядки литиевые дендриты растут на аноде, что приводит к снижению производительности батареи и коротким замыканиям.
Доктор Сунхо Ли, глава Исследовательского центра углеродных композитных материалов Института перспективных композиционных материалов KIST Чонбук, и профессор Квансуп Ом из Института науки и технологий Кванджу (GIST) разработали технологию повышения долговечности с использованием бумаги из углеродного волокна в качестве анодный материал для литий-металлических аккумуляторов.
Совместная исследовательская группа KIST-GIST заменила тонкую медную пленку с металлическим литием на тонкую бумагу из углеродного волокна, содержащую металлический литий. Разработанная бумага из углеродного волокна имела иерархическую структуру на углеродном моноволокне, состоящем из аморфного углерода и неорганических наночастиц, что приводило к повышенному сродству к литию и предотвращению роста дендритов лития.
Несмотря на то, что тонкопленочный медный анод закорачивает примерно через 100 циклов, анод из разработанной бумаги из углеродного волокна демонстрирует превосходную циклическую стабильность в течение 300 циклов. Кроме того, литий-металлический аккумулятор с использованием развитой бумаги из углеродного волокна демонстрирует высокую плотность энергии 428 Втч/кг, что примерно в 1,8 раза выше, чем у батареи с использованием тонкой медной пленки (240 Втч/кг). С технологической точки зрения еще одним преимуществом является упрощение процесса изготовления электродов, поскольку расплавленный литий быстро вливается в бумагу из углеродного волокна.
Что касается значения этого исследования, д-р Сунг-Хо Ли, руководитель центра KIST, который руководил исследованием, сказал: «Учитывая в пять раз более низкую плотность и более низкую стоимость углеродного волокна по сравнению с медью, предлагаемый нами материал анода важное достижение, которое может ускорить коммерциализацию прочных и легких литий-металлических аккумуляторов».
