Китайские исследовательские группы добились значительного прогресса в решении одной из основных технических проблем в твердотельных литий-металлических аккумуляторах, согласно сообщению China Central Television (CCTV), государственной национальной телерадиовещательной компании страны, от 16 октября. Эта разработка потенциально может позволить аккумуляторному блоку весом 100 кг обеспечивать запас хода, превышающий 1000 км, по сравнению с примерно 500 км ранее.
Обычные твердые электролиты на основе сульфидов чрезвычайно твердые и хрупкие, как керамика, в то время как аноды из лития-металла мягкие и податливые. При объединении неравномерный интерфейс между этими двумя материалами препятствует переносу ионов, снижая эффективность зарядки и разрядки.
Для решения этой проблемы несколько исследовательских групп по всему Китаю разработали различные подходы, направленные на улучшение твердого контакта между электродом и электролитом. В репортаже CCTV были отмечены три основных метода.
Первый исходит из Института физики Китайской академии наук, который ввел йодид-ионы в качестве межфазного «посредника». Во время работы аккумулятора эти ионы мигрируют к границе раздела между электродом и электролитом, где они помогают притягивать ионы лития и заполнять микроскопические зазоры. Этот механизм саморегулирования обеспечивает более тесный контакт между материалами, решая одну из ключевых проблем для практических твердотельных аккумуляторов.
Второй метод, разработанный Институтом металлургических исследований Китайской академии наук, фокусируется на механической гибкости. Исследователи создали полимерный каркас для электролита, улучшив его способность сопротивляться изгибам и скручиваниям при сохранении структурной целостности. Сообщается, что тесты показали, что модифицированный материал может выдержать 20 000 циклов изгиба и скручивания без повреждений. Дополнительные химические компоненты в структуре также улучшили подвижность ионов лития и увеличили емкость накопления энергии материала до 86%.
Третий подход, разработанный Университетом Цинхуа, включает использование фторированных полиэфирных материалов для армирования электролита. Сильное сопротивление фтора высокому напряжению помогает формировать стабильный фторидный слой на поверхности электрода, предотвращая электрический пробой при нагрузке. Сообщается, что модифицированные элементы прошли испытания на прокол и термические испытания при 120°C без взрыва, демонстрируя повышенную безопасность и стабильность при высоких уровнях заряда.
В совокупности эти достижения позволяют предположить, что твердотельные литий-металлические аккумуляторы в Китае приближаются к стадии, когда могут быть значительно улучшены как удельная энергоемкость, так и безопасность. Однако для коммерческого применения потребуются дальнейшие испытания и промышленная проверка.
