Ученые приблизились к решению главной проблемы твердотельных аккумуляторов
Твердотельные аккумуляторы обещают стать новым этапом в развитии энергетики благодаря высокой плотности энергии, компактности и ускоренной зарядке. Однако их массовое внедрение сдерживается низкой надежностью. Исследователи из Института Макса Планка в Дюссельдорфе и Массачусетского технологического института (MIT) представили данные, которые проливают свет на причины разрушения керамических электролитов внутри таких батарей.
Почему ломаются твердотельные электролиты
В отличие от обычных литий-ионных батарей, где используется жидкий электролит, в твердотельных аналогах применяется твердое вещество. Оно безопаснее, так как не воспламеняется и не вытекает, однако именно эта особенность создает технические трудности. В процессе эксплуатации на металлическом аноде образуются микроскопические литиевые нити — дендриты. Они прорастают сквозь керамический электролит, вызывая в нем трещины и провоцируя короткое замыкание.
Команда из Института Макса Планка пришла к выводу, что основной причиной разрушения является механическое напряжение. В ходе экспериментов выяснилось, что мягкий литий под давлением проникает в жесткую керамику подобно тому, как тонкая струя воды прорезает камень. Гидростатическое давление, создаваемое дендритом, приводит к хрупкому излому материала.
Пути решения проблемы
Ученые предложили несколько способов предотвращения деградации твердотельных батарей:
- Создание более прочных материалов для электролитов, способных сопротивляться возникновению микротрещин.
- Проектирование электролитов с микроскопическими пустотами, которые направляют рост дендритов в безопасное русло, не допуская критического разлома.
- Нанесение специальных защитных покрытий на литиевый анод для предотвращения формирования дендритов.
Двойственная природа неисправностей
Смотрите также:
Разработчики Linux удалят поддержку устаревшего оборудования для защиты от уязвимостей http://kupidonchik.org/razrabotchiki-linux-udalyat-podderzhku-ustarevshego-oborudovaniya-dlya-zashhityi-ot-uyazvimostey/.
Интересности на тему: Почему корпоративные проекты в сфере ИИ терпят неудачу: мнение эксперта из AWS
Классные советы в статье "Microsoft и OpenAI пересмотрели условия партнерства: отказ от эксклюзивности" здесь.
Исследователи из MIT в своей недавней работе добавили к этой картине важный нюанс. Используя криогенную сканирующую просвечивающую электронную микроскопию, эксперты установили, что помимо чисто механического воздействия, на электролит влияет и электрохимия. Потоки ионов лития, проходящие через материал, делают его хрупким, облегчая процесс образования трещин. Таким образом, обе научные группы сходятся во мнении, что проблема разрушения носит комплексный характер.
Дальнейшие исследования будут сосредоточены на поиске баланса между химической стабильностью материалов и их механической прочностью. Несмотря на сложность задачи, понимание фундаментальных механизмов разрушения позволяет разработчикам точнее выбирать пути создания коммерчески эффективных накопителей энергии следующего поколения.
