Учёные из Университета Королевы Марии в Лондоне разработали инновационную конструкцию кремниевых композитных электродов, состоящих из двойного слоя, которая значительно улучшает циклическую стабильность и быстроту зарядки аккумуляторов на основе литий-ионной технологии. Исследование раскрывает ключевые электро-химико-механические процессы в нанопористых электродах, дающих высокую энергоёмкость при минимальном механическом разрушении.  

Двойной слой включает в себя структуру с «просеивающими» субнанометровыми порами, через которые эффективно проходят ионы лития, и пустотами, позволяющими компенсировать значительные объёмы расширения кремния во время литийирования.

Входные субнанометровые поры способствуют предварительному удалению растворителей с ионов, оптимизируя среду и усиливая формирование твёрдого электролитического интерфейса (SEI), насыщенного неорганическими компонентами.  

Этот SEI слой, богатый фтористым литиевым соединением (LiF), совместно с механическим ограничением со стороны углеродной поддержки предотвращают образование опасных кристаллических фаз кремния (c-Li15Si4), снижающих долговечность батареи. Результаты показывают стабильное удержание ёмкости свыше 97% после 200 циклов, с минимальным ухудшением — всего 0.015% на цикл.  

Коммерческие образцы демонстрируют длительный срок службы — до 1700 циклов с сохранением 80% ёмкости — и зарядку за 10 минут, что существенно ускорит развитие электромобилей с увеличенной дальностью хода и снижением затрат.

Профессор Сюэкун Лу, руководитель исследования, отметил: «Мы впервые визуализировали взаимодействие микро- и наноразмерных конструкций с электрокаталитическими процессами, открывая новые горизонты для совершенствования аккумуляторных материалов».