Китайские ученые разработали самоадаптивную межфазную прослойку в твердотельных литиевых батареях, которая поддерживает тесный контакт между литий-металлическим анодом и твердым электролитом без внешнего давления. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Sustainability.
Исследователи из Института физики Китайской академии наук (CAS), Нинбоского института материаловедения и инженерии CAS и Хуачжунского университета науки и технологий обнаружили, что контакт между литиевым электродом и сульфидным твёрдым электролитом в твердотельных литиевых аккумуляторах неидеален и характеризуется наличием множества мелких пор и трещин. Эти проблемы не только сокращают срок службы аккумулятора, но и могут представлять угрозу безопасности.
Чтобы решить эту проблему, группа исследователей разработала технологию, при которой в сульфидный твердый электролит добавляются ионы йода. Во время работы аккумулятора эти ионы йода перемещаются к электродному интерфейсу под действием электрического поля, образуя богатый йодом интерфейс. Интерфейс способен активно притягивать ионы лития, автоматически заполняя все щели и поры по принципу самовосстановления, тем самым поддерживая плотный контакт между электродом и электролитом.
Прототипы аккумуляторов, изготовленные на основе этой технологии, продемонстрировали стабильные эксплуатационные характеристики даже после сотен циклов заряда-разряда в стандартных условиях испытаний, значительно превзойдя уровень аналогичных существующих аккумуляторов.
По словам Хуана Сюэцзе из Института физики, одного из авторов статьи, данная технология позволит создавать батареи с плотностью энергии более 500 Втч/кг, что потенциально может продлить срок службы батарей электронных устройств как минимум вдвое.
По словам Хуана, этот прорыв ускорит разработку твердотельных литиевых аккумуляторов с высокой плотностью энергии, которые, как ожидается, будут использоваться в гуманоидных роботах, электрической авиации, электромобилях и других областях.
«Это исследование кардинально решает ключевую проблему, которая препятствовала коммерциализации полностью твердотельных аккумуляторов, что является решающим шагом на пути к их практическому применению», — отметил Ван Чуньшэн, эксперт по твердотельным аккумуляторам из Мэрилендского университета.