Ученые нашли способ продлить срок службы литиевых аккумуляторов
Отчет о работе, проведенной под руководством Юаня Янга, опубликован в журнале Joule, сообщает sciencedaily.com. Специалисты сосредоточились на улучшении аккумуляторов с твердым электролитом, значительно превосходящих по мощности и долговечности литий-ионные батареи. Но пока, в теории. При создании анода из металлического лития часто формируются дендриты. Пробивая мембранный разделитель в середине батареи, они могут вызвать короткое замыкание.
«Мы выбрали твердые керамические электролиты. Они могут повысить безопасность и энергоемкость, в сравнении с обычными, воспламеняющимися жидкостями литий-ионных устройств», — сказал Янг.
Такие материалы подавляют рост дендритов. Но металлический литий быстро разъедает керамические электролиты.
«Для использования продукта в аккумуляторах требовалась химически и механически стабильная оболочка. Она должна сочетать свойства электронной изоляции и ионной проводимости, а также быть очень тонкой, чтобы не уменьшать энергоемкость», — сказал Цянь Чэн, ведущий автор работы.
Для решения проблемы специалисты объединились с коллегами из Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета города Нью-Йорк. Они использовали нанопленку (5-10 мм) нитрида бора как защитный слой для изоляции электрического контакта между металлическим литием и твердым электролитом. Дополнительно ученые применили небольшое количество полимера для проникновения в зону контакта элементов. Специалисты выбрали BN из-за химической и механической стабильности. В защитном слое создали дефекты, через которые могли проходить ионы лития. Метод химического осаждения из паровой среды позволяет создавать большие, непрерывные наномерные пленки.
«В прошлых исследованиях использовались защитные слои, толщиной 200 нм. Наш материал имеет рекордные 5-10 нм. Это – идеальный барьер, предотвращающий попадание металлического лития в твердый электролит», — сказал Чэн.
Специалисты продолжают совершенствовать технологию. Они надеются создать долговечные и мощные твердотельные аккумуляторы.