Исследователи Гонконгского университета науки и технологии создали монокристаллический ковалентный органический каркас (COF), который работает как квазитвердотельный электролит. Он решает главные проблемы литиевых батарей: образование дендритов (ветвистых наростов лития, которые вызывают короткое замыкание) и нестабильность интерфейсов.

Изображение: interestingengineering.com

Обычные COF-электролиты обычно поликристаллические, с высоким сопротивлением на границах зёрен. Это замедляет движение ионов. Команда использовала COF-303 как шаблон для создания монокристаллической структуры с упорядоченными ионными каналами. Это уменьшает сопротивление и обеспечивает равномерное осаждение лития, предотвращая дендриты.

Ионная проводимость при комнатной температуре — 8,1 мСм/см². Число переноса катионов Li+ — 0,98 (идеально близко к 1). В симметричных ячейках стабильное осаждение и растворение лития продолжалось более 2000 часов. В полноформатных батареях с катодом LiFePO4 сохранение емкости составило 91,8% после 600 циклов, кулоновская эффективность — 99,98%. Начальная емкость — 147 мА·ч/г.

Профессор Юнсоб Ким отметил, что устранение структурного беспорядка, характерного для поликристаллических материалов, позволило сделать значительный шаг к безопасным высокопроизводительным накопителям энергии. Разработка особенно перспективна для электромобилей и сетевых накопителей, где критичны высокая плотность энергии и долговременная стабильность.