Ученые из Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL, США) придумали простой способ для улучшения твердотельных батарей. Внеся небольшое изменение в процесс изготовления твердотельной батареи, они смогли устранить дефекты электролитной пленки. Это делает батареи к более безопасными и эффективными.
Проблемы твердотельных батарей
Твердотельные батареи имеют массу достоинств. В отличие от современных литий-ионных батарей, они не содержат легковоспламеняющихся жидкостей. Именно жидкий электролит является причиной взрывов смартфонов и самовозгораний электромобилей. Твердотельные батареи также менее токсичны, имеют более высокую плотность энергии, быстрее заряжаются и выдерживают больше циклов подзарядки без ухудшения качества.
Одна из главных проблем заключается в том, что изготовление таких батарей сложное и дорогое по сравнению с жидкостными. А главная техническая проблема - дефекты электролитных пленок, которые являются ключевым компонентом батарей. Крошечные пузырьки, образующиеся в пленке, мешают перемещению ионов между электродами, замедляя зарядку и другие операции.
Один из типов электролитной пленки создается из антиперовскита (Li2OHCl). Гранулы материала спрессовываются в цельные в листы. Но при этом часто возникают нежелательные дефекты, которые снижают эффективность материала.
Небольшая настройка
Чтобы решить эту проблему, команда ORNL внесла в процесс изготовления пленки маленькое дополнение. Они предложили нагревать пресс, а затем позволять электролиту остывать под давлением.
В результате получилась пленка без пузырьков. Кроме того, она оказалась обогащена поверхностным азотом, что в 1000 раз повысил ее проводимость. Пленка показала почти 50% улучшение критической плотности тока и лучше взаимодействовала с литием, что является ключевым фактором стабильности твердотельных батарей.
По словам исследователей, это новшество не только улучшает производительность, но и открывает возможности для создания твердых электролитов в промышленных масштабах. Производство также становится более надежными, поскольку инженеры имеют больший контроль над процессом.
«Это один и тот же материал - вы просто немного меняете то, как вы его делаете, одновременно улучшая производительность батареи», - говорит ведущий автор исследования Марм Диксит.
Исследование опубликовано в журнале ACS Energy Letters.
