Ученые Петербургского политеха придумали, как решить две главных проблемы твердотельных литиевых аккумуляторов — батарей, в которых вместо жидкого электролита используется твердый. Разработка может сделать аккумуляторы безопаснее и мощнее обычных литиевых.
Твердотельные литиевые аккумуляторы считаются более безопасными, потому что внутри них нет жидкого горючего электролита, и выигрывают у классических литиевых батарей в энергоемкости. При этом пока они существуют лишь в лабораториях. Массово их не применяют из-за двух недостатков: низкой проводимости на границе электролит-литий (то есть по ним хуже течет ток) и нарастания дендритов — иголочек лития, пробивающих электролит и вызывающих замыкания. Петербургские ученые решили эти проблемы с помощью специального покрытия для электролита.
Специалисты использовали технологию молекулярного наслаивания: тонкие пленки, для которых подобрали оптимальный химический состав (La-Al-O: лантан-алюминиевый оксид), наслаивали на поверхность плоских подложек твердого электролита. Это обеспечило точный контроль толщины каждого слоя. Плотные слои La-Al-O препятствуют прорастанию игольчатых структур лития, а покрытие распределяет ионы лития равномерно, предотвращая локальные скопления, из которых растут дендриты.
Благодаря использованию металлического лития ученые также увеличили плотность энергии аккумулятора до 300–350 ватт-часов на килограмм. Для пользователя это означает увеличение времени работы устройства без подзарядки на 20%: плотность энергии популярных литиевых аккумуляторов сейчас находится на уровне 250–280 киловатт-часов на килограмм и с каждым годов растет все медленнее.
