Учёные разработали медный токосъёмник с наноструктурой, который помогает литиевым батареям без анода работать стабильнее и дольше. Для его создания исследователи из Южной Кореи применили методы сверхточного производства, используемые в полупроводниковой промышленности. Об этом 22 сентября сообщил KAIST.
Анодные батареи не содержат графит и другие материалы, в которых обычно накапливается литий во время зарядки. Благодаря этому удаётся сэкономить место и снизить массу аккумулятора, что особенно важно для электромобилей. В такой конструкции литий осаждается непосредственно на тонкой медной фольге.
При многократных циклах зарядки и разрядки металл может распределяться неравномерно и формировать острые разветвлённые структуры — дендриты. Одновременно защитный слой на поверхности лития становится нестабильным, из-за чего ухудшаются характеристики батареи и сокращается срок её службы. Ранее для решения проблемы использовали избыток лития или толстые защитные покрытия, однако оба подхода увеличивали размер и вес аккумулятора.
Команда под руководством профессоров KAIST Джинву Ли и Хи-Тэ Чона нанесла на медную фольгу покрытие из MXene — двумерного материала толщиной около 10 нанометров. Он не служит готовым барьером, а помогает батарее сформировать защитный слой уже во время работы. В электролите на основе LiPF6 поверхность MXene способствует появлению слоя с высоким содержанием фторида лития, который уменьшает нежелательные реакции между литием и электролитом и сдерживает рост дендритов.
Равномерному осаждению лития способствует массив микроскопических трубок, изготовленный методом вторичной распылительной литографии. Диаметр каждой структуры составляет около 300 нанометров, а высота — 150 нанометров; благодаря им площадь поверхности становится примерно в четыре раза больше, чем у плоской медной фольги. Литий получает больше пространства для распределения и меньше склонен концентрироваться в отдельных точках.
Исследователи изучили поверхности и поперечные срезы электродов, ограничивая их контакт с воздухом, а химический состав и строение защитного слоя проверили с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, масс-спектрометрии вторичных ионов с времяпролётным анализом и просвечивающей электронной микроскопии. По словам профессора Джинву Ли, технология позволяет одновременно создавать равномерные участки осаждения лития и устойчивый защитный слой без изменения состава электролита и добавления лишнего лития. Результаты опубликованы 1 сентября 2026 года в журнале Advanced Functional Materials в статье «Anion-Interactive Anode Interfaces for Stable Anode-Free Lithium Metal Batteries»; DOI: 10.1002/adfm.77931.