Тонкий слой серебра сделал твердотельные аккумуляторы устойчивыми к повреждениям

Учёные из Стэнфордского университета представили технологию, позволяющую устранить главный недостаток твердотельных литий-металлических аккумуляторов — хрупкость керамического электролита.

Исследовательская группа под руководством постдокторанта Синь Сюя и доцента кафедры машиностроения Венди Гу разработала методику нанесения ультратонкого слоя серебра толщиной 3 нанометра на поверхность твёрдого электролита LLZO. После нанесения материал подвергается отжигу при температуре 300 градусов Цельсия. В результате термической обработки ионы серебра проникают в структуру электролита на глубину от 20 до 50 нанометров, замещая более мелкие атомы лития.

Испытания с использованием специализированного зонда и сканирующего электронного микроскопа показали, что обработанный серебром электролит в пять раз устойчивее к растрескиванию, чем необработанный материал. Встроенные ионы серебра формируют структурный барьер, препятствующий проникновению лития в поверхностные дефекты и образованию дендритов — разветвлённых структур, вызывающих короткое замыкание.

Керамические электролиты обеспечивают эффективное перемещение ионов лития, однако в них есть микроскопические трещины, аналогичные дефектам в бытовой керамике. При быстрой зарядке и высоком давлении эти трещины разрастаются, что приводит к выходу аккумулятора из строя.

Исследователи также провели эксперименты с медью, которые показали положительные результаты, хотя наибольшую эффективность продемонстрировало серебро. На следующем этапе команда планирует протестировать технологию на полноразмерных аккумуляторных элементах, проверив их на тысячах циклов зарядки. Параллельно ведётся работа над применением этого метода к электролитам на основе серы и аккумуляторам на основе натрия.

Источник: Interesting Engineering