Твердотельные аккумуляторы считаются технологией будущего. Они обещают увеличить время работы смартфонов и запас хода электромобилей, а также повысить безопасность по сравнению с литий-ионными батареями. Их главное отличие — твердый электролит вместо жидкого. Однако их массовое внедрение сдерживает серьезная проблема — образование дендритов.
Дендриты — микроскопические древовидные наросты, возникающие на аноде во время зарядки. Они проникают в твердый электролит и вызывают короткие замыкания, что приводит к выходу аккумулятора из строя. Ученые из Института устойчивых материалов Общества Макса Планка детально изучили этот процесс и опубликовали результаты в журнале Nature.
Хотя электроды и образующиеся дендриты состоят из металлического лития, мягкого, как мармеладный мишка, дендриты способны проникать в керамический электролит и приводить к короткому замыканию
Чтобы разобраться в механизме разрушения, команда провела исследования в условиях вакуума и при криогенных температурах — это позволило исключить влияние кислорода, воды и электронного пучка микроскопа. С помощью моделирования фазового поля и измерений дифракции обратно рассеянных электронов ученые доказали: причина в гидростатическом напряжении дендритов. Оно создает эффект, похожий на непрерывную водяную струю, пробивающую скалу, — и в итоге вызывает хрупкое разрушение твердого электролита.
Теперь исследователи ищут способы предотвратить образование трещин. Среди перспективных решений: повышение прочности твердого электролита; создание микроскопических пустот для перенаправления роста дендритов; нанесение защитных покрытий на литиевые электроды.
Эти разработки могут ускорить внедрение твердотельных аккумуляторов в повседневную жизнь — от портативной электроники до электротранспорта.
Ранее Наука Mail рассказывала, что зарядка электромобиля за считанные минуты стала реальностью.
