Инженеры из Стэнфордского университета разработали простую, но невероятно эффективную технологию, которая устраняет главный недостаток твердотельных аккумуляторов — их механическую хрупкость. Решением стало использование наноразмерного серебряного покрытия, которое заполняет возникающие в материале трещины. Статья об открытии опубликована в журнале Nature Materials.
Твердотельные батареи уже давно считаются «святым Граалем» энергетики: они способны заряжаться в разы быстрее и вмещать значительно больше энергии, чем современные литий-ионные аналоги. Однако их массовое внедрение тормозилось одной серьезной проблемой.
В отличие от обычных батарей с жидким электролитом, который может воспламениться, в твердотельных используется твердая керамика. Это делает их безопасными, но уязвимыми к механическим нагрузкам. В процессе зарядки и разрядки материал расширяется и сжимается, из-за чего в керамическом ядре появляются микротрещины.
Через эти дефекты начинает проникать литий, образуя дендриты — острые металлические наросты. Они прорастают сквозь батарею, вызывают короткие замыкания и быстро выводят устройство из строя.
Команда из Стэнфорда предложила покрывать керамический электролит тончайшим слоем серебра. Этот благородный металл выполняет функцию «цемента». В ходе экспериментов выяснилось, что серебро проникает в мельчайшие поры и трещины керамики.
Самое интересное происходит при контакте с литием: серебро не просто блокирует его, а взаимодействует с ним, сглаживая неровности и предотвращая образование разрушительных дендритов. Это покрытие эффективно герметизирует дефекты и перераспределяет механическое напряжение.
Новый метод значительно продлевает срок службы аккумуляторов, делая их пригодными для использования в электромобилях. Внедрение этой технологии может привести к появлению машин, которые проезжают 1000 км на одной зарядке и заряжаются за считанные минуты. При этом стоимость доработки минимальна, так как слой серебра чрезвычайно тонок.
Ранее Наука Mail рассказывала о новом способе превращать токсичные отходы в полупроводники.
