Серебро решило серьезную проблему твердотельных батарей

Твердотельные аккумуляторы способны запасать больше энергии и заряжаться быстрее современных аналогов, но они уязвимы перед появлением трещин. Простое технологическое усовершенствование способно решить эту проблему и вывести батареи на новый уровень эффективности.

Атомарно тонкое покрытие из серебра защищает кристаллическую структуру твердого электролита для разрабатываемых литий-металлических батарей.

Источник: sciencedaily.com

Твердотельный электролит представляет собой ключ к созданию нового типа аккумуляторов — литий-металлических батарей, обладающих большей емкостью и скоростью заряда, чем нынешние литий-ионные аналоги. Несмотря на перспективность идеи, развитие технологии тормозится серьезным препятствием: твердые электролиты подвержены появлению микротрещин, приводящих к разрушению аккумулятора, пишет ScienceDaily.

Ученые из Стэнфорда предлагают инновационное решение проблемы. Их работа раскрывает способ защиты твердотельных электролитов путем нанесения ультратонких серебряных покрытий. Это покрытие способно значительно повысить устойчивость материала к трещинам и повреждениям, возникающим при механической нагрузке и быстрых процессах зарядки-разрядки.

Электролиты, используемые в батареях, изготавливаются из керамических материалов, которые обладают хорошей проводимостью ионов лития, но отличаются повышенной хрупкостью. Керамическая структура аналогична бытовым изделиям вроде тарелок или чашек, склонных к появлению мелких трещин. Устранение этих дефектов в промышленных масштабах представляется крайне сложной и дорогостоящей задачей. Именно поэтому группа ученых решила сосредоточиться на альтернативном подходе — создании защитных покрытий.

Термообработка чрезвычайно тонкого слоя серебра на поверхности твердого электролита может в значительной степени предотвратить повреждение батарей.

Источник: Freepik

Ранее многие группы экспериментировали с покрытием поверхностей электролитов металлическим серебром. Но авторы нового исследования пошли дальше: они использовали растворенную форму серебра, потерявшую электрон (Ag+). Ионы Ag+ проникают внутрь керамической матрицы, заменяя меньшие по размеру ионы лития. Именно такая замена существенно снижает вероятность появления новых повреждений и замедляет рост существующих дефектов.

Эксперимент состоял в следующем: на образцы твердотельного электролита наносился тонкий слой серебра толщиной около 3 нанометров, после чего производилась термообработка при температуре примерно 300 °C. Под воздействием тепла атомы серебра мигрируют внутрь материала, образуя защитный барьер глубиной порядка 20-50 нанометров. Важно подчеркнуть, что серебро остается в ионной форме, сохраняя способность эффективно предотвращать распространение трещин.

Таким образом, использование ультратонких покрытий из ионных соединений серебра открывает новые перспективы для разработки надежных и эффективных твердотельных аккумуляторов будущего.

Тем временем российские ученые увеличили энергоемкость самых мощных в мире батарей. Подробнее об этом рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.