Специалисты научного центра «Идея» совместно с учёными из МГУ имени Ломоносова, Сианьского университета Цзяотун и Государственного университета «Дубна» разработали керамический электролит и инновационный защитный слой к нему.
Как сообщили в пресс‑службе центра, эта разработка решает главную проблему перспективных литиевых твердотельных батарей и приближает их практическое внедрение.
Твердотельные аккумуляторы считаются одним из самых перспективных направлений в развитии систем накопления энергии. Одними из наиболее многообещающих материалов для таких батарей являются керамические электролиты на основе фосфатов лития, алюминия, титана и германия со структурой типа NASICON. Однако при контакте с металлическим литием в них запускаются химические процессы, которые приводят к образованию литиевых дендритов — тонких металлических структур, способных прорастать через керамику и вызывать короткое замыкание. Дополнительную угрозу создают микротрещины и поры, которые возникают при производстве керамики.
Чтобы решить эту проблему, учёные усовершенствовали структуру самого керамического электролита. Они смешали два вида керамического порошка — с крупными и мелкими частицами. В результате новый материал стал гораздо плотнее и прочнее, а вместе с интерфейсом — химически и электрохимически устойчивым и термически высокостабильным, то есть более безопасным и долговечным.
Кроме того, исследователи создали инновационный тонкий двухслойный интерфейс между керамикой и литиевым анодом, то есть защитный слой. Он предотвращает разрушение керамики и образование литиевых дендритов, которые могут вызывать короткое замыкание.
По данным пресс‑службы, аккумуляторы с новым защитным слоем стабильно работали более 1,4 тысячи часов, что примерно вдвое превышает показатели аналогичных систем без защиты. После ста циклов заряда и разряда они сохранили 95 процентов первоначальной ёмкости при кулоновской эффективности 99,9 процента, сообщает ТАСС.
При нагреве до 300 градусов Цельсия образцы без защитного слоя разрушались из‑за побочных химических реакций, тогда как новые аккумуляторные системы сохраняли структурную целостность и не вступали в реакцию с расплавленным литием.
Научный директор центра «Идея», член‑корреспондент РАН Тагир Аушев отметил, что предложенная технология отличается не только эффективностью, но и масштабируемостью, что открывает путь к её реальному практическому использованию.
