Распространение электромобилей тормозится недостатками литий-ионных аккумуляторов: высокой стоимостью, ограниченностью ресурсов лития и его негативным влиянием на окружающую среду. Хотя литий-железо-фосфатные батареи частично решают эти проблемы, новое исследование предлагает полностью отказаться от лития. Ученые из Технического университета Дании (DTU) разработали перспективный материал для твердотельных батарей. Он обладает всеми необходимыми качествами: емкостью, безопасностью, экологичностью и низкой стоимостью.
Электролит из дешевых минералов
Основой материала служат широко распространенные минералы - калиевые и натриевые силикаты, составляющие большую часть земной коры. Кроме того, не нужны дорогостоящие металлы, такие как кобальт, который сейчас необходим для хорошей емкости и долговечности литий-ионных батарей.
Новый материал, тонкий, как бумага, отлично подходит для использования в качестве твердотельного электролита внутри элемента питания. В отличие от традиционных жидких электролитов, он не подвержен утечкам и повышает безопасность батареи.
Еще одним преимуществом является его проводимость при комнатной температуре (около 40°C). Это позволит производить батареи в обычных условиях, без необходимости в дорогой специализированной среде. Материал также устойчив к воздействию влаги.
Процесс создания электролита многоэтапен. Сначала из калиевого силиката получают порошок, затем его растворяют и раскатывают в тонкие пленки. Эти пленки преобразуют в длинные белые полосы до 10 метров в длину и аккуратно сушат.
На финальном этапе полосы помещают в защитную среду для сборки твердотельных батарей с анодом и катодом.
Ионы калия и натрия в силикатах немного больше и тяжелее литиевых, поэтому их проводимость ниже. Однако у ученых есть секретный метод для ее повышения. Первые испытания показывают отличные характеристики нового электролита.
Конечно, потребуется время для внедрения этой технологии в электромобили. Твердотельные батареи - это новое направление, которому предстоит пройти долгий путь, как и литий-ионным, потребовавшим более 20 лет для коммерциализации. Необходимо решить задачи масштабирования производства и разработать новые конструкции батарей, оптимизированные для твердотельных электролитов.
Тем не менее, команда разработчиков планирует создать демонстрационный аккумулятор в течение нескольких лет, чтобы показать потенциал материала производителям. Минералы-силикаты составляют 90% земной коры, что фактически означает неограниченный запас дешевого и экологичного сырья для батарей. Однако предстоит преодолеть главный барьер: воплотить в жизнь эту идею без лишней шумихи, как это случалось с другими перспективными разработками.
