Акумулятори майбутнього все ближче: вчені створили проривну твердотільну батарею

Вчені вирішили важливу проблему твердотільних акумуляторів, які можуть перевершити звичайні літій-іонні як за ефективністю, так і за безпекою.

Дослідники з Університету Ханьянг у Південній Кореї розробили вдосконалені катоди з високим вмістом нікелю, які покращують продуктивність твердотільних акумуляторів, забезпечуючи більш тривалий термін служби та більшу енергоефективність. Про це пише портал Interesting Engineering.

Як зазначають у виданні, сучасна електроніка та електромобілі потребують акумуляторів, які служать довше, заряджаються швидше і зберігають більше енергії. Одним із перспективних рішень вважаються твердотільні акумулятори, які можуть перевершити традиційні літій-іонні батареї як за ефективністю, так і за безпекою.

Твердотільні акумулятори відрізняються від звичайних літій-іонних тим, що в них використовуються тверді електроліти замість рідких, що знижує ризик загоряння і підвищує ємність зберігання енергії. В основі цієї інновації лежить активний катодний матеріал (КАМ), особливо багатий нікелем (Ni), який відіграє вирішальну роль у підвищенні продуктивності.

Продуктивність цих батарей значною мірою залежить від ефективності їхніх катодів. Дослідники зосередилися на катодах з високим вмістом нікелю через їхній потенціал значного підвищення щільності енергії. Однак, незважаючи на свої переваги, ці катоди показали певні обмеження, які впливають на довговічність батареї.

Основною проблемою катодів з високим вмістом нікелю є зниження ємності, яке відбувається, коли акумулятори з часом втрачають здатність утримувати заряд. Ця деградація насамперед спричинена хімічними реакціями на межі катод-електроліт і структурними змінами в самому катоді.

Щоб краще зрозуміти ці проблеми, південнокорейські вчені дослідили те, як різні рівні нікелю в катоді впливають на деградацію. Вони синтезували чотири різні типи катодів з високим вмістом нікелю (від 80% до 95%) і проаналізували їхній вплив на продуктивність акумулятора.

Дослідження показало, що деградація поверхні була основною проблемою для катодів з 80% нікелю, тоді як вищий вміст нікелю (85% і більше) призводив до ізоляції та відриву частинок, що ще більше знижувало ефективність батареї.

Використовуючи ці знання, вчені розробили модифікований катод з високим вмістом нікелю з оптимізованою поверхнею та структурою. Ці катоди мали стовпчасту конструкцію, що значно зменшувало відрив частинок і покращувало загальну стабільність.

Під час випробувань нові катоди зберегли 80,2% своєї первісної ємності після 300 циклів заряджання. Це значний крок у поліпшенні твердотільних акумуляторів, який наближає їх до широкого впровадження. У виданні вважають, що цей прорив може зробити революцію в галузі зберігання енергії.