Просто хайп? Твердотілі літій-металеві батареї розчарували дослідників

Науковці розвіяли очікування стосовно перспективності використання твердотілих літій-металевих батарей з оксидом літію-лантану-цирконію (LLZO), які, як очікувалось, мали б стати перспективною заміною традиційним літій-іонним акумуляторам.

У дослідженні науковців з Університету Тохоку зазначається, що переваги щодо щільності енергії літій-металевих батарей гранатового типу могли бути значно переоцінені. За результатами аналізу дослідники встановили, що твердотіла літій-металева батарея з використанням електроліту на основі оксиду  літію-лантану-цирконію досягає гравіметричної щільності енергії усього в 272 Вт·год/кг, що лише незначно перевищує показники сучасних літій-іонних батарей (250–270 Вт·год/кг). При цьому, зважаючи на високі виробничі затрати та технічні труднощі, пов’язані з виготовленням LLZO, дослідники радять звернути увагу на композитні та квазітвердотілі електроліти у якості найбільш практичних альтернатив.

Твердотілі літій-металеві батареї багатьма розглядаються як найбільш перспективна технологія наступного покоління акумуляторів у зв’язку з їхньою здатністю забезпечувати більшу безпеку та енергоефективність. Оксид літію-лантану-цирконію є одним з найбільш добре вивчених твердих електролітів, який має високу стабільність і здатність ефективно проводити іони літію.

Проте результати детального моделювання практичних зразків на основі LLZO продемонстрували, що навіть за використання надтонкого 25-мікрометрового керамічного сепаратора та катода високої ємності, продуктивність батареї лише незначно переважає найбільш ефективні традиційні літій-іонні акумулятори. Одним з ключових питань у дослідженні, яке було у центрі уваги науковців, стала щільність LLZO, що збільшує загальну масу і знижує очікувані енергетичні переваги. Хоча об’ємна щільність енергії досягає приблизно 823 Вт·год/л, додаткова вага та вартість LLZO перешкоджають його практичності. Окрім цього окремо відзначається крихкість матеріалу, складність виготовлення тонких листів без появи дефектів та проблем з літієвими дендритами і порожнечами біля краю.

У якості альтернативи дослідники пропонують вивчати альтернативні підходи, компонуючи LLZO з іншими матеріалами. До прикладу, перспективним напрямком, на їхню думку, є розміщення оксиду літію-лантану-цирконію у полімерах, що зберігають високу іонну провідність, одночасно підвищуючи гнучкість та технологічність. Іншим варіантом є квазітвердотілі електроліти, які потребують невеликої кількості рідкого електроліту для покращення іонної провідності та структурної цілісності. 

Результати дослідження були опубліковані в Energy Storage Materials

Джерело: SciTechDaily