Новые квазитвердотельные батареи скоро будут питать технику: чем они лучше литий-ионных

В Японии ученые разработали квазитвердотельную литий-ионную батарею, которая обеспечивает повышенную стабильность, безопасность и более длительный срок службы. Об этом достижении стало известно сайту SciTechDaily.

Литий-ионные аккумуляторы являются основным источником энергии для многих гаджетов и электромобилей. Батареи такого типа обычно используют органический раствор электролита, который необходим для достижения высокой энергоэффективности, но может привести к пожару или даже взрыву.

Твердотельные батареи представляют собой более безопасную альтернативу. Однако взаимодействие между твердыми электродами и твердыми электролитами часто мешает эффективному переносу литий-ионов. Кроме того, расширение и сжатие твердых электродов во время зарядки и разрядки может повредить конструкцию, еще больше затрудняя поток ионов. Для решения этих проблем существует острая необходимость в разработке современных твердотельных батарей со стабильными и эффективными интерфейсами, которые улучшают безопасность, функциональность и общую производительность.

Группа исследователей из Японии разработала негорючий квазитвердотельный литий-ионный аккумулятор, который может преодолеть ограничения других батарей. Новая конструкция включает в себя отрицательный электрод из кремния и положительный из тройного богатого никелем слоистого оксида (NCM811), который считается следующим поколением материалов.

Эти электроды разделены твердым литий-ионным проводящим стеклокерамическим листом (LICGC) от OHARA. Для повышения совместимости и производительности исследователи разработали негорючие, почти насыщенные растворы электролита, адаптированные для каждого электрода. В них вошли трифторэтил фосфат и метил трифторэтилкарбонат, которые были совместимы с электродами и твердым электролитом.

Полученные квазитвердотельные пакетные элементы класса 30 мАч продемонстрировали превосходную ионную проводимость, термическую стабильность и электрохимические характеристики. Исследователи продолжили оценивать термическую стабильность и электрохимические характеристики квазитвердотельной батареи с помощью электрохимической импедансной спектроскопии, тестов заряда-разряда и ускоренной калориметрии (ARC).

Примечательно, что батарея продемонстрировала высокую зарядно-разрядную емкость с хорошими циклическими характеристиками и небольшим изменением внутреннего сопротивления. Более того, тест ARC показал, что структура Si-LICGC-NCM811 с ​​соответствующими растворами электролита показала улучшенную термическую стабильность и что тепловыделение, связанное с побочной реакцией, было очень низким даже в диапазоне высоких температур около 150 °C.

В целом квазитвердотельный материал имеет потенциал для улучшения разработки эффективных и безопасных электромобилей следующего поколения и беспроводных приборов, таких как дроны. Его широкое применение может не только повысить удобство для пользователя, но и способствовать устойчивому экономическому росту.

Один из руководителей проекта, Ресуке Кидо, отметил: увеличение емкости активных материалов положительного и отрицательного электрода для достижения более высокой плотности энергии снижает производительность цикла и безопасность. Однако новая технология имеет потенциал для улучшения долговечности жидкостных аккумуляторов и повышения плотности энергии при сохранении безопасности полностью твердотельных батарей.

"Разработанная нами огнестойкая квазитвердотельная батарея, сочетающая жидкий электролит и твердый электролит, представляет собой более безопасную и долговечную альтернативу полностью твердотельным батареям с высокой плотностью энергии, — заявил он.