Российские и китайские учёные создали защитный слой для твердотельных аккумуляторов

Специалисты научного центра «Идея», МГУ, Сианьского университета Цзяотун и «Дубны» разработали керамический электролит с защитным слоем. Новые батареи выдерживают 1,4 тысячи часов и 300 градусов тепла, сообщает ТАСС.

Твердотельные аккумуляторы — это будущее энергетики. Они безопаснее, ёмче и долговечнее привычных литий-ионных батарей. Но у них была ахиллесова пята: при контакте с металлическим литием в керамических электролитах образуются литиевые дендриты — тонкие металлические «иглы», которые прорастают через керамику и вызывают короткое замыкание. Российские и китайские учёные нашли решение. И оно может вывести твердотельные батареи на рынок.

Кто сделал: консорциум ведущих центров

Над проблемой работали специалисты научного центра «Идея» совместно с учёными из МГУ имени Ломоносова, Сианьского университета Цзяотун и Государственного университета «Дубна». Результат — керамический электролит и инновационный двухслойный защитный слой к нему.

Двойное решение: улучшили керамику и добавили щит

Учёные пошли по двум направлениям одновременно.

Первое: усовершенствовали структуру самого керамического электролита (на основе фосфатов лития, алюминия, титана и германия со структурой типа NASICON). Они смешали два вида керамического порошка — с крупными и мелкими частицами. Новый материал стал гораздо плотнее и прочнее, а вместе с интерфейсом — химически и электрохимически устойчивым и термически высокостабильным.

Второе: создали тонкий двухслойный интерфейс между керамикой и литиевым анодом. Этот защитный слой предотвращает разрушение керамики и образование тех самых дендритов.

Цифры, доказывающие успех

Результаты тестов впечатляют. Аккумуляторы с новым защитным слоем:

• Стабильно работали более 1,4 тысячи часов — это примерно вдвое дольше, чем системы без защиты.

• После 100 циклов заряда и разряда сохранили 95 процентов первоначальной ёмкости.

• Кулоновская эффективность составила 99,9 процента — почти идеальный показатель.

Термический удар выдержан

Отдельное достижение — термостойкость. При нагреве до 300 градусов Цельсия образцы без защитного слоя разрушались из-за побочных химических реакций. Новые же аккумуляторные системы сохраняли структурную целостность и не вступали в реакцию с расплавленным литием.

Для сравнения: обычные литий-ионные батареи при таких температурах воспламеняются или взрываются.