Нові квазітвердотільні батареї скоро живитимуть техніку: чим вони кращі за літій-іонні

В Японії вчені розробили квазітвердотільну літій-іонну батарею, яка забезпечує підвищену стабільність, безпеку і триваліший термін служби. Про це досягнення стало відомо сайту SciTechDaily.

Літій-іонні акумулятори є основним джерелом енергії для багатьох гаджетів та електромобілів. Батареї такого типу зазвичай використовують органічний розчин електроліту, який необхідний для досягнення високої енергоефективності, але може призвести до пожежі або навіть вибуху.

Твердотільні батареї являють собою більш безпечну альтернативу. Однак взаємодія між твердими електродами і твердими електролітами часто заважає ефективному переносу літій-іонів. Крім того, розширення і стиснення твердих електродів під час заряджання і розряджання може пошкодити конструкцію, ще більше ускладнюючи потік іонів. Для вирішення цих проблем існує нагальна потреба в розробці сучасних твердотільних батарей зі стабільними та ефективними інтерфейсами, які покращують безпеку, функціональність і загальну продуктивність.

Група дослідників з Японії розробила негорючий квазітвердотільний літій-іонний акумулятор, який може подолати обмеження інших батарей. Нова конструкція включає в себе негативний електрод з кремнію і позитивний з потрійного багатого нікелем шаруватого оксиду (NCM811), який вважається наступним поколінням матеріалів.

Ці електроди розділені твердим літій-іонним провідним склокерамічним листом (LICGC) від OHARA. Для підвищення сумісності та продуктивності дослідники розробили негорючі, майже насичені розчини електроліту, адаптовані для кожного електрода. До них увійшли трифторетил фосфат і метил трифторетилкарбонат, які були сумісні з електродами і твердим електролітом.

Отримані квазітвердотільні пакетні елементи класу 30 мАг продемонстрували чудову іонну провідність, термічну стабільність і електрохімічні характеристики. Дослідники продовжили оцінювати термічну стабільність і електрохімічні характеристики квазітвердотільної батареї за допомогою електрохімічної імпедансної спектроскопії, тестів заряду-розряду і прискореної калориметрії (ARC).

Примітно, що батарея продемонструвала високу зарядно-розрядну ємність з хорошими циклічними характеристиками і невеликою зміною внутрішнього опору. Ба більше, тест ARC показав, що структура Si-LICGC-NCM811 з відповідними розчинами електроліту показала поліпшену термічну стабільність і що тепловиділення, пов'язане з побічною реакцією, було дуже низьким навіть у діапазоні високих температур близько 150 °C.

Загалом квазітвердотільний матеріал має потенціал для поліпшення розробки ефективних і безпечних електромобілів наступного покоління і бездротових приладів, таких як дрони. Його широке застосування може не тільки підвищити зручність для користувача, а й сприяти сталому економічному зростанню.

Один із керівників проєкту, Ресуке Кідо, зазначив: збільшення ємності активних матеріалів позитивного і негативного електрода для досягнення більш високої щільності енергії знижує продуктивність циклу і безпеку. Однак нова технологія має потенціал для поліпшення довговічності рідинних акумуляторів і підвищення щільності енергії при збереженні безпеки повністю твердотільних батарей.

"Розроблена нами вогнестійка квазітвердотільна батарея, що поєднує рідкий електроліт і твердий електроліт, являє собою безпечнішу та довговічнішу альтернативу повністю твердотільним батареям з високою щільністю енергії, — заявив він.

Раніше писали, що вчені продовжили термін служби літій-іонних батарей за допомогою багатого літієм шаруватого оксиду. Прототип зберіг 84,3% ємності акумулятора після 700 циклів заряду-розряду.