Прорыв в твердотельных аккумуляторах: как новое покрытие сделало их дешевле и долговечнее

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США создали метод защиты основного компонента батареи — твердого электролита. Он предотвращает разрушения под воздействием влаги и кислорода, пишет Technology Networks.

Твердотельные аккумуляторы потенциально превосходят обычные литий-ионные по плотности энергии, безопасности и долговечности. Но их ключевая составляющая, сульфидный твердый электролит, быстро разрушается при контакте с атмосферой. Из-за этого производство таких АКБ требует крайне сухих и дорогостоящих помещений с температурой ниже -40°C.

Решением стала технология атомно-слоевого осаждения (ALD), с помощью которой частицы электролита покрывают ультратонким слоем оксида алюминия — материала, похожего на стекло. Толщина этого слоя — всего несколько нанометров, что в 100 000 раз тоньше человеческого волоса.

Изначально ученые предполагали, что покрытие выполняет роль простого физического барьера. Но позже компьютерное моделирование показало, что слой выполняет двойную функцию:

• Физический щит: Защищает электролит от контакта с влагой и кислородом.
• Электронный модификатор: Изменяет электронную структуру поверхности электролита, что дополнительно подавляет его деградацию и сохраняет высокую проводимость ионов лития.

В ходе испытаний в условиях высокой влажности, сравнимой с обычным воздухом, электролит с покрытием оставался стабильным, в то время как материал без защиты быстро разрушался.

Это открытие способно кардинально удешевить производство твердотельных батарей. "Это позволит производителям применять существующую инфраструктуру фабрик, аналогичную той, что используется для литий-ионных аккумуляторов", — отметил эксперт Закари Худ. В результате на изготовлении перспективных батарей получится серьезно сэкономить, одновременно повысив их надежность.

Раньше Фокус писал, что ученые придумали аккумуляторы, которые будут работать годами лучше литий-ионных. Разрабатывается катализатор CoFe-2DSA, который обеспечивает металловоздушные аккумуляторы более длительным сроком службы и большей мощностью.