Китайские ученые решили ключевую проблему полностью твердотельных литиевых батарей

(Ицаи) 8 октября — Твердотельные литиевые батареи, называемые «святым Граалем» технологии хранения энергии следующего поколения, долгое время сталкивались с сложной проблемой: поддержание тесного контакта между твердым электролитом и литиевым металлическим электродом.

Китайские ученые разработали самоадаптивный интерфейсный слой в твердотельных литиевых батареях, который обеспечивает тесный контакт между литиевым металлическим анодом и твердым электролитом без внешнего давления. Это прорыв, который решительно преодолевает основное препятствие на пути к коммерциализации.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Sustainability.

Традиционные методы требуют постоянного давления от громоздкого внешнего оборудования, что делает батареи слишком большими и тяжелыми для практического использования.

Исследователи из Института физики Китайской академии наук (КАН), Нинбоского института материаловедения и технологий КАН и Университета науки и технологий Хуачжун обнаружили, что контакт между литиевым электродом и сульфидным твердым электролитом в твердотельных литиевых батареях не идеален, с большим количеством крошечных пор и трещин. Эти проблемы не только сокращают срок службы батареи, но и могут представлять риски для безопасности.

Чтобы решить эту проблему, команда исследователей ввела иодидные ионы в сульфидный твердый электролит. Во время работы батареи эти иодидные ионы перемещаются к электродному интерфейсу под действием электрического поля, образуя интерфейсный слой, богатый йодом.

Этот интерфейсный слой может активно притягивать литиевые ионы, автоматически заполняя все зазоры и поры, подобно самовосстановлению, тем самым поддерживая тесный контакт между электродом и электролитом.

Прототипы батарей, изготовленные на основе этой технологии, показали стабильную и отличную производительность даже после сотен циклов зарядки-разрядки в стандартных условиях испытаний, что значительно превышает уровень аналогичных существующих батарей.

Эта технология может позволить создавать будущие батареи с энергетической плотностью более 500 Вт·ч/кг, что потенциально может удвоить, как минимум, срок службы батарей электронных устройств, заявил Хуан Сюэцзе из Института физики, один из соответствующих авторов статьи.

Этот прорыв ускорит разработку высокоэнергетических твердотельных литиевых батарей, которые, как ожидается, сыграют значительную роль в области гуманоидных роботов, электрической авиации, электромобилей и других сферах, предоставляя более безопасные и эффективные энергетические решения, сказал Хуан.

Это исследование фундаментально решает ключевую проблему, которая препятствовала коммерциализации твердотельных аккумуляторов, что является решающим шагом на пути к их практическому применению, отметил Ван Чуньшэн, эксперт по твердотельным аккумуляторам из Университета Мэриленда.

Источник: