Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) модернизировали конструкцию катода литиевых батарей, сделав важный шаг на пути увеличения автономности портативной техники и электромобилей.

Катоды в таких батареях обычно бывают двух типов. Первые состоят из оксидов переходных металлов, впитывают ионы лития в свою кристаллическую структуру подобно губке и обеспечивают высокую объёмную плотность энергии. Вторые содержат серу, которая испытывает структурные преобразования и даже может частично растворяться в электролите. Теоретически такие катоды должны иметь высокую энергоемкость на единицу массы.

В журнале Nature Energy учёные рассказали о разработанной ими «гибридной» концепции, сочетающей преимущества двух вышеуказанных типов, ранее использовавшихся по-отдельности.

Новый катод включает в себя как сульфид молибдена (фаза Шеврёля), так и чистую серу. Частицы этих двух материалов авторы спрессовывали вместе, получая твёрдый катод.

Электропроводность гибридного материала довольно высокая, что снижает потребность в добавлении углерода и уменьшает общий объём. Обычно серные катоды содержат от 20 до 30% углерода, но при новом подходе его доля снижается до 10%.

В испытаниях опытные образцы батарей с неоптимизированной версией гибридного катода превзошли коммерческие литий-ионные устройства по массовой энергоёмкости (360 против 250 Вт ч/кг) и литий-серные — по объёмной плотности энергии (581 против 400 Вт ч/л).

На данном этапе изготовленный авторами трёхслойный элемент с ёмкостью более 1000 мА ч не дотягивает до литий-ионных батарей по количеству циклов эксплуатации. Как уверяют сотрудники MIT, наблюдаемое быстрое уменьшение энергоёмкости является проблемой не катодов, а скорее общей конструкции батареи. При этом, уже в сегодняшнем виде такие батареи могут оказаться полезными для ряда нишевых приложений, например для питания дронов — в этом случае экономия массы и объёма значит больше, чем долговечность эксплуатации.