Новый процесс спекания значительно продлил жизнь твердотельных батарей
Ученые из Швейцарского института Пауля Шеррера (PSI) совершили значительный прорыв в разработке коммерчески жизнеспособных литий-металлических твердотельных аккумуляторов. Эти батареи нового поколения обещают более высокую плотность энергии, быструю зарядку и повышенную безопасность, однако долгое время их внедрению препятствовали нестабильность интерфейса между анодом и электролитом и рост литиевых дендритов.
Исследовательская группа предложила инновационный технологический процесс, который одновременно решает обе эти проблемы. В его основе лежит использование сульфидного твердого электролита аргиродита. Вместо традиционных методов, требующих либо экстремального давления, либо спекания при температуре выше 400 °C, ученые применили «щадящее спекание» при умеренном давлении и температуре всего 80 °C. Этот подход позволяет получить плотную и однородную микроструктуру электролита без его химической деградации.
Дополнительно для стабилизации литиевого анода команда нанесла на него ультратонкое, всего 65 нанометров, покрытие из фторида лития. Этот слой, созданный методом вакуумного напыления, служит химическим барьером, предотвращающим разложение электролита, и физическим щитом, сдерживающим рост дендритов.
Лабораторные испытания прототипов элементов питания продемонстрировали выдающуюся стабильность. После 1500 полных циклов зарядки и разрядки аккумулятор сохранил около 75% своей первоначальной емкости, что является одним из лучших результатов в области твердотельных систем. При этом батарея стабильно работала в режимах высокого напряжения, где обычно происходит ускоренная деградация.
Предложенный метод не только повышает производительность, но и обладает практическими преимуществами для масштабирования. Низкотемпературный процесс снижает энергозатраты и стоимость производства. Ученые полагают, что после незначительных доработок эта технология откроет четкий путь к коммерциализации твердотельных аккумуляторов на основе аргиродита.
Результаты исследования были в журнале Advanced Sciences.