Институт Макса Планка объяснил, почему литий вызывает поломку твердотельных элементов

Исследователи Института устойчивых материалов имени Макса Планка установили, что разрушение керамических электролитов в твердотельных батареях связано с внутренним давлением внутри литиевых дендритов. Это открытие объясняет, почему при зарядке таких элементов происходят короткие замыкания.

В ходе экспериментов специалисты поместили образцы твердотельных аккумуляторов в вакуумную камеру и охладили до криогенных температур, чтобы исключить влияние внешних факторов, таких как влага или воздействие электронного микроскопа. Анализ показал, что литий не накапливается перед кончиком дендрита, как предполагалось ранее. Вместо этого в металлических отростках возникает гидростатическое напряжение, которое разрывает твёрдый электролит.

По наблюдениям учёных, несмотря на мягкость лития, возникающее внутри дендритов давление достигает величин, достаточных для разрушения керамических материалов. Механизм напоминает процесс, при котором струя жидкости под давлением проникает в твёрдую породу. Это явление объясняет, почему твердотельные батареи, отличающиеся высокой плотностью энергии и безопасностью, до сих пор сталкиваются с проблемами надёжности.

Результаты исследования помогут разработать новые типы электролитов и конструкционные решения, которые смогут лучше противостоять внутренним механическим нагрузкам. Учёные отмечают, что усиление материалов, введение микропустот для перераспределения напряжений и нанесение защитных слоёв на электроды могут повысить устойчивость твердотельных аккумуляторов к повреждениям.

Выводы немецких специалистов дают возможность точнее понять причины отказов батарей и обозначают направления для дальнейшего совершенствования технологий хранения энергии, используемых в электронике и электромобилях.