Революция в твердотельных аккумуляторах: Китайские ученые заявили о прорыве, снижающем требования к давлению
Исследовательская группа из Университета науки и технологий Китая сообщила о значительном прогрессе, который может устранить одно из ключевых препятствий на пути к практическому применению полностью твердотельных литиевых аккумуляторов – их зависимость от чрезвычайно высокого внешнего давления во время работы. Результаты исследования, опубликованные 8 января 2026 года в журнале Nature Communications, описывают новый твердый электролит, который обеспечивает стабильную работу аккумуляторов при существенно более низком давлении по сравнению с предыдущими разработками.
Полностью твердотельные литиевые аккумуляторы активно изучаются благодаря своему потенциалу сочетать более высокую плотность энергии с повышенной безопасностью по сравнению с традиционными жидкометаллическими литий-ионными батареями. Однако, поскольку и электролит, и электроды в них твердые, предыдущие исследования показывали, что для поддержания адекватного межфазного контакта между твердыми поверхностями обычно требовалось внешнее давление в десятки или даже сотни мегапаскалей. Достижение таких уровней давления в практических аккумуляторных системах сопряжено со значительными трудностями, что ограничивало широкое применение этой технологии, оставляя ее преимущественно в лабораторных условиях.
Команда под руководством профессора Ма Чэна разработала новый неорганический твердый электролит, состоящий из лития, циркония, алюминия, хлора и кислорода. Его химическая формула – 1.4Li2O-0.75ZrCl4-0.25AlCl3. По сравнению с распространенными неорганическими твердыми электролитами, включая сульфидные материалы, новый электролит обладает значительно меньшей механической жесткостью. Его модуль Юнга составляет менее 25% от модуля упругости сопоставимых материалов, а твердость – менее 10%, что позволяет ему легче деформироваться под воздействием приложенного давления.
Несмотря на такую механическую податливость, электролит сохраняет порошкообразную неорганическую форму, а не ведет себя как гель. Это обеспечивает совместимость с промышленными процессами, такими как рулонное производство (roll-to-roll) и высокотемпературное каландрирование (high-pressure calendaring), избегая избыточного течения материала во время обработки. Используя метод сухой сборки, подходящий для масштабируемого производства, исследовательская группа собрала компактные пакетные ячейки полностью твердотельных аккумуляторов, в которых были использованы ультра-никелевые тройные катоды и литий-металлические аноды.
Электрохимические испытания показали, что электролит демонстрирует ионную проводимость свыше 2 милли siemens на сантиметр при комнатной температуре, что превышает уровень, считающийся необходимым для практической работы аккумуляторов. Эти комбинированные свойства позволили полностью твердотельным аккумуляторам стабильно работать под внешним давлением всего 5 мегапаскалей. Это значительное снижение по сравнению с ранее заявленными требованиями к давлению. Кроме того, стабильная производительность сохранялась на протяжении нескольких сотен циклов заряда-разряда.
Исследование также коснулось вопроса стоимости материалов. В отличие от сульфидных твердых электролитов, для производства которых требуется высокочистый сульфид лития, в новом электролите в качестве основного сырья используется тетрахлорид циркония. Исследователи оценивают стоимость материала примерно в 43,70 доллара США за литр, что составляет менее 5% от стоимости распространенных сульфидных твердых электролитов.
Согласно отзывам рецензентов, процитированным авторами, ожидается, что заявленный прорыв внесет важный вклад в исследования полностью твердотельных аккумуляторов и поможет преодолеть разрыв между лабораторными разработками и широкомасштабным практическим применением. Это достижение открывает новые перспективы для создания более безопасных и энергоемких аккумуляторов.
