Аккумуляторы будущего все ближе: ученые создали прорывную твердотельную батарею

Исследователи из Университета Ханьянг в Южной Корее разработали усовершенствованные катоды с высоким содержанием никеля, которые улучшают производительность твердотельных аккумуляторов, обеспечивая более длительный срок службы и большую энергоэффективность. Об этом пишет портал Interesting Engineering.

Как отмечают в издании, современная электроника и электромобили требуют аккумуляторов, которые служат дольше, заряжаются быстрее и хранят больше энергии. Одним из перспективных решений считаются твердотельные аккумуляторы, которые могут превзойти традиционные литий-ионные батареи как по эффективности, так и по безопасности.

Твердотельные аккумуляторы отличаются от обычных литий-ионных тем, что в них используются твердые электролиты вместо жидких, что снижает риск возгорания и повышает емкость хранения энергии. В основе этой инновации лежит активный катодный материал (КАМ), особенно богатый никелем (Ni), который играет решающую роль в повышении производительности.

Производительность этих батарей в значительной степени зависит от эффективности их катодов. Исследователи сосредоточились на катодах с высоким содержанием никеля из-за их потенциала значительного повышения плотности энергии. Однако, несмотря на свои преимущества, эти катоды показали определенные ограничения, которые влияют на долговечность батареи.

Основной проблемой катодов с высоким содержанием никеля является снижение емкости, которое происходит, когда аккумуляторы со временем теряют способность удерживать заряд. Эта деградация в первую очередь вызвана химическими реакциями на границе катод-электролит и структурными изменениями в самом катоде.

Чтобы лучше понять эти проблемы, южнокорейские ученые исследовали то, как различные уровни никеля в катоде влияют на деградацию. Они синтезировали четыре различных типа катодов с высоким содержанием никеля (от 80% до 95%) и проанализировали их влияние на производительность аккумулятора.

Исследование показало, что деградация поверхности была основной проблемой для катодов с 80% никеля, в то время как более высокое содержание никеля (85% и более) приводило к изоляции и отрыву частиц, что еще больше снижало эффективность батареи.

Важно Гаджеты смогут работать дольше: ученые создали прорывной литий-серный аккумулятор

Используя эти знания, ученые разработали модифицированный катод с высоким содержанием никеля с оптимизированной поверхностью и структурой. Эти катоды имели столбчатую конструкцию, что значительно уменьшало отрыв частиц и улучшало общую стабильность.

В ходе испытаний новые катоды сохранили 80,2% своей первоначальной емкости после 300 циклов зарядки. Это значительный шаг в улучшении твердотельных аккумуляторов, которых приближает их к широкому внедрению. В издании полагают, что этот прорыв может произвести революцию в области хранения энергии.