Ученые выявили ранее неизученную причину, которая сдерживает производительность перспективных твердотельных батарей. Эти аккумуляторы, в которых вместо жидкого электролита используется твердый, считаются следующей ступенью в развитии технологий хранения энергии. Они обещают более высокую мощность, большую емкость и значительно повышенную безопасность, так как не подвержены возгоранию.
Однако их внутренней слабостью являются пространственные заряды — скопления электрического заряда на внутренних интерфейсах, создающие сопротивление и замедляющие процессы зарядки и разрядки.
Хотя о существовании этих зарядов было известно, их точные размеры и реальное влияние на работу батареи до сих пор измерить не удавалось. Международная группа исследователей из Института полимерных исследований Общества Макса Планка в Германии и их японские коллеги впервые смогли картировать область пространственного заряда внутри работающей литиевой твердотельной батареи. Используя комбинацию двух новых методов — микросопии силовой Кельвина и анализа ядерных реакций, — ученые определили, что проблемный слой формируется в основном на положительном электроде. Его толщина составляет менее 50 нанометров, но даже такая тонкая прослойка вносит примерно 7 процентов в общее сопротивление батареи.
Это открытие не только объясняет, что именно тормозит твердотельные батареи, но и дает четкое направление для их усовершенствования. Инженеры теперь могут сосредоточиться на модификации материалов электрода или изменении его структуры, чтобы подавить образование пространственного заряда. Это позволит раскрыть потенциал технологии и создать более мощные и эффективные аккумуляторы для электромобилей и стационарных энергосистем.