Китайские исследователи разработали новый твердотельный электролит, который помогает решить ключевую проблему технологии — сохранение производительности батареи без ущерба для ее безопасности и энергоемкости. Исследование опубликовано в журнале Journal of Colloid and Interface Science.
Твердотельные батареи более безопасны и энергоемки, чем привычные литий-ионные, но массовому производству мешают низкая проводимость, разрушение контактов между слоями и высокая стоимость. Новая разработка пытается решить эти проблемы комплексно.
Одно из основных препятствий для твердотельных батарей — плохой контакт между электролитом и электродом. Из-за этого ионы лития движутся медленнее, падает эффективность и сокращается срок службы. Исследователи использовали специальное литиевое соединение, чтобы запустить химический процесс внутри полимерной структуры. В результате компоненты электролита прочнее сцепляются друг с другом, и внутри материала образуются непрерывные маршруты для более быстрого перемещения ионов. Новый электролит оказался одновременно гибким, как полимер, и стабильным, как неорганические твердые материалы.
В лабораторных условиях электролит продемонстрировал сразу несколько важных качеств:
- ионы лития движутся через него очень свободно, что позволяет батарее эффективно работать даже при комнатной температуре;
- почти весь электрический ток переносится именно полезными ионами лития, а не побочными процессами, которые могут ухудшать работу батареи;
- материал остается стабильным при высоком напряжении и обладает хорошей механической прочностью: он достаточно жесткий, чтобы сохранять форму внутри батареи, но не ломкий.
Самый впечатляющий результат получен в ходе циклических испытаний: батарейные элементы с новым электролитом выдержали 350 полных циклов заряда-разряда и потеряли меньше 16% своей первоначальной емкости. Кроме того, тестовые ячейки работали без сбоев больше 2500 часов — это значительно дольше многих существующих лабораторных аналогов.
Некоторые производители планируют выпустить такие батареи уже к 2026 году, но большинство экспертов считают, что массовое производство начнется не раньше 2030 года.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что создан электролит для работы батарей в экстремальном холоде.
